ОЦІНКА ВПЛИВУ ГІДРОЛОГІЧНИХ ЧИННИКІВ НА ЯКІСТЬ ВОДИ РІЧОК БАСЕЙНУ ВЕРХНЬОГО ПРУТУ В МАЛОВОДНИЙ ПЕРІОД РОКУ

Краткое содержание

1. Теоретичні та методичні засади дослідження впливу гід­рологічних чинників на якість води річки. Теоретичні узагальнення щодо сутнісних аспектів проблеми ви­вчення якості природних вод дали можливість сформулювати (В.М. Жукинський, В.М. Тимченко, В.К. Хільчевський, А.В. Яцик та ін.) сучасне розуміння цього поняття, за яким якість природних вод є характеристи­кою складу і властивостей води як компонента водної екосистеми та жит­тєвого середовища гідробіонтів

Пізнання просторо-часових закономірностей змін якості води най­більш ефективно реалізується, базуючись на концепції геостоку (на що вказували Н.І. Алексієвський, С.Д. Муравейський, К.К. Едельштейн). Концепція геостоку створює основу для формування системних уявлень про залеж­ність якості води, стану водних екосистем від мінливості природних і антропогенних складових геостоку, одним з яких є водний стік.

Стік води – активний чинник, який завдяки своїй динамічності й величині спрямовує хід фізико-хімічних і біотичних процесів формування якості води. Пере­важаючий вплив мінливості водного стоку на якість води чітко відображається у гідрохімічному режимі.

Якість річкових вод формується в особливих умовах хемогенезу, де водний режим, динаміка руслового потоку та характер внутрішньорічного поєднання джерел живлення є причинами її суттєвої просторової неоднорідності й часової мінливості. У роботі розглядаються гідрологічні аспекти генезису і режиму якості води річки стосовно гірських, передгірних і рівнинних умов.

При дослідженні просторової неоднорідності якості води річок використаний ландшафтно-гідрологічний підхід. Ландшафти рівнинної і гірської частини Прутського басейну за умовами формування стоку суттєво відрізняються, особливо за режимом зволоження, гідрогеологічними умовами. Це своєрідно проявляється у просторових відмінностях якості води річок. Розгляд питань режиму якості води стосується її сезонних і багаторічних коливань під впливом речовинного складу джерел живлення річки, що зумовлюють періодичну заміну води в руслі і, відповідно, розчинених у ній хімічних речовин і біогенних елементів. Вивчення динаміки руслового потоку спрямоване на дослідження структур швидкісного поля і процесів внутрішнього водообміну як фізичної основи фор­мування просторових відмінностей у розподілі концентрацій речовин. Сукупність гідродинамічних чинників проявляється як у різномасштабних процесах перемішування і перенесення розчинених речовин у локальних районах скидання стічних вод, так і в розподілі речовин у товщі во­дних мас всього водотоку.

Здійснення оцінки впливу гідрологічних чинників на якість річкових вод потребує цільового опрацювання відповідних теоретико-методологічних положень та методичних розробок. Вони представлені у контексті подальшого розвитку теорії й методики гідролого-гідрохімічних досліджень. Важливими складовими засад виконаного опрацювання є знання про: 1) механізми функціонування річкових екосистем, взаємозв’язки між абіотичними й біотичними компонентами гідроекосистеми; 2) методи диференційованої оцінки впливу гідрологічних чинників на якість природних вод; 3) нормування екологічного стану водних об’єктів з комплексних позицій, тобто з урахуванням гідрологічного, гідрохімічного та гідроекологічного режимів цих об’єктів та умов техногенезу. 

Методика, опрацьована у дисертації, представлена системою послідовно задіяних у процесі своєї реалізації методів, спрямованих на досягнення мети і вирішення завдань дослідження. Основними етапами оцінювання впливу гідрологічних чинників на якість води є: 1) концептуальний – обґрунтування принципів, підходів, показників і критеріїв оцінки та відбір способів і методів оцінювання; 2) інформаційно-експериментальний – параметризація оціночних гідролого-гідрохімічних характеристик із використанням даних режимних спостережень, експедиційних і лабораторних досліджень; 3) етап аналізу та синтезу – аналізування характеру й механізмів впливу гідрологічних чинників на якість води та встановлення кореляційно-регресійних залежностей між оціночними параметрами; 4) оціночно-рекомендаційний – оцінка ступеню прояву впливу гідрологічних чинників на якість води та опрацювання можливих шляхів практичного використання отриманих результатів.

Для вивчення впливу гідрологічних чинників на якість води одними з найважливіших є: а) принцип нелінійності, відповідно до якого при вивченні причинно-наслідкових зв’язків у природних системах необхідним є врахування їх нелінійного характеру; б) принцип провідного процесу, який вказує на наявність у складних динамічних системах одного елементу або процесу, що відіграє координуючу роль.

Встановлення ступеню впливу гідрологічних чинників на якість річкових вод потребує вироблення показників і критеріїв оцінки ефективності їх прояву. У виконаному дослідженні за основу взяті дві групи інтегральних гідролого-гідродинамічних показників. Перша група – показники, що визначають мінливість загального навантаження річкового потоку розчиненими речовинами. До них на­лежать витрата води та швидкість течії. Їх вплив на зміну середніх кон­центрацій розчинених речовин у поперечному перерізі потоку оціню­ється за допомогою статистичних методів з використанням кореля­ційно-регресійних залежностей (C=f(Q) і C=f(v)). На основі критеріїв оцінки якості статистичних зв’язків між зазначеними па­раметрами дається оцінка ефективності впливу водного режиму на гідрохімічний. Друга група – показники, що визначають просторовий розподіл розчинених речовин у водотоці, вони включають коефіцієнти попере­чної та поздовжньої турбулентної дифузії. Оцінка їх впливу на поши­рення розчинених речовин у потоці здійснюється на основі методів роз­рахунку турбулентної дифузії та рівнянь балансу речовини. При виборі критеріїв оцінки впливу гідродинамічних чинників на якість води до уваги взято ефект впливу інтенсивності турбулентного обміну на швид­кість трансформації речовин у воді.

Завершальний етап роботи складається з кількох підетапів: 1) оцінки оптимальних витрат з позицій формування якості води; 2) оцінки ступеня сприятливості гідродинамічних умов формування якості води; 3) оцінки динамічної складової потенціалу самоочищення річкових вод; 4) прогнозування змін якості води; 5) встановлення гранично допустимих обсягів скидання розчинених речовин у річку; 6) розробки пропозицій за основними напрямами оптимізації якості природних вод.

2. Умови й особливості формування якості води річок басейну верхнього Пруту в маловодний період року. Формування якості природних вод розглядається як результат взає­мообміну розчиненими речовинами вод з іншими природними компо­нентами у різних фізико-географічних умовах антропогенізованих територій.

Басейн верхнього Пруту розташований у регіоні з різномані­тними і контрастними природними умовами. Ця контрастність зумовлена складністю ландшафтної структури території, де функціонують гірські, передгірні і рівнинні природні комплекси. Наслідком цього є від­мінність в умовах формування якості річкових вод.

Умови живлення річки є важливим чинником генезису хімічного складу води. У маловодний період року річковий стік формується переважно за рахунок підземного живлення. Гідрогео­логічні особливості території дослідження розглядаються як передумови стокоформування у меженний період. У роботі дається гідрогеологічна характе­ристика басейну р. Прут, де звертається увага на літо-геолого-тектонічну будову території, умови залягання і поширення водоносних горизонтів, що беруть участь у живленні річки. Глибина ерозійного врізу русла рі­чки та кількість, величина водовіддачі водоносних горизон­тів визначають об’єм води, що формує стік у руслі. Робота вміщує дета­льний огляд умов підземного живлення річок і просторового ходу ізолі­ній модулів підземного стоку. На основі цього виділено два райони з однорідними умовами формування мінімального стоку – платформенний і гірсько-складчастий.

Основна роль у формуванні мінімального стоку річок платформенного району належить водоносним горизонтам у четвертинних, сарматських і баденських відкладах. Величина середньобагаторічного модуля підземного живлення малих річок району змінюється у східному напрямку від 1,5 до 0,5 л/сек·км² і має нерівномірний розподіл. Структурно-фаціальні відмінності неогенових відкладів прийняті за визначальний критерій для виділення підрайонів, оскільки від них залежить об’єм підземного стоку у річки. Відсутність у зоні інтенсивного водообміну сарматських відкладів позначається у збільшенні (переважно вдвічі) підземного стоку, а також в особливостях його речовинного складу.

У гірсько-складчастому районі басейну Пруту завдяки особливостям будови поверхні – розміщенням у межах Зовнішньої та Внутрішньої антиклінальних геолого-тектонічних зон, складаються відмінні умови живлення річок, що надають їм ознак окремих однорідних площ – підрайонів. Основний підземний стік у річки території Зовнішньої антиклінальної зони формується тріщинно-пластовими водами у відкладах ямненської свити палеоцену та стрийської свити верхньої крейди. Річки відмінні між собою за величиною підземного живлення у декілька разів (1,5-3 л/сек·км²) залежно від глибини ерозійного врізу русла. У межах Внутрішньої антиклінальної зони підземне живлення малих річок здійснюється, головним чином, за рахунок водоносного горизонту у крейдових відкладах. Нерівномірний розподіл модулів підземного стоку (2-5 л/сек·км²) зумовлений впливом схилів різної експозиції і крутизни на інфільтрацію вод атмосферних опадів.  

У роботі наводяться результати оцінки середньобагаторічних величин мінімального стоку та мінливості стокових характеристик у часі. За розрахункові прийняті мінімальні 30-добові й середньодобові витрати води у зимовий і літньо-осінній періоди. В якості опорних вибрані створи Яремче і Чернівці, де найдовші ряди спостережень, і в яких середньобагаторічна величина мінімального стоку визначена з урахуванням циклічних коливань водності за допомогою хронологічних графіків та різницевих інтегральних кривих стоку. Останній метод допоміг обґрунтувати визначення середньобагаторічного мінімального стоку в опорних створах та встановити репрезентативний період (1954-1999 рр. – для зимового періоду й 1955-2000 рр. – літньо-осіннього).

У гірсько-передгірній частині басейну Пруту розподіл модулів середньобагаторічного мінімального 30-добового стоку підпорядкований закону вертикальної зональності і, відповідно, змінюється у літньо-осінній період від 10,3-16,8 у верхів’ях до 3,6-4,5 л/с з 1 км² у передгір’ях, у зимовий період – від 6,6-11,6 до 2,9-4,0 л/с з 1 км².  

Мінімальний стік різної забезпеченості отриманий шляхом побудови емпіричних кривих забезпеченості в кожному створі та підбором до них теоретичних кривих з метою екстраполяції стокових даних за межі емпіричного ряду. Оскільки для потреб встановлення обсягів гранично допустимого скидання забруднюючих речовин у річку потрібні значення мінімального стоку 95% забезпеченості, досліджені зв’язки його модулів М_95% з площею водозбору (F), його середньою висотою (H_ср.), абсолютними відмітками врізу русел річок (H_вр). Нами обґрунтовано можливість застосування залежності М_95% від H_ср для визначення мінімального 30-добового стоку зимового та літньо-осіннього періодів 95% забезпеченості для річок гірсько-передгірної частини басейну Пруту.