КОРЖОВ ЄВГЕН ІВАНОВИЧ. ГІДРОЛОГІЧНІ УМОВИ ФОРМУВАННЯ СУЧАСНОГО ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ПОНИЗЗЯ ДНІПРА : КОРЖОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СНИЗЬ ДНЕПР KORZHOV YEVHEN IVANOVYCH. HYDROLOGICAL CONDITIONS OF FORMATION OF THE MODERN ECOLOGICAL CONDITION OF THE LOWER Dnieper

Краткое описание

КОРЖОВ ЄВГЕН ІВАНОВИЧ. Назва дисертаційної роботи: "ГІДРОЛОГІЧНІ УМОВИ ФОРМУВАННЯ СУЧАСНОГО ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ПОНИЗЗЯ ДНІПРА"

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Інститут гідробіології
На правах рукопису
Коржов Євген Іванович
УДК [556.53] (282.247.05)
ГІДРОЛОГІЧНІ УМОВИ
ФОРМУВАННЯ СУЧАСНОГО ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ
ПОНИЗЗЯ ДНІПРА
11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія
Дисертація на здобуття наукового ступеня
кандидата географічних наук
Науковий керівник:
доктор географічних наук, професор
Тімченко Володимир Михайлович
Київ-2016
2
ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ЗАГАЛЬНІ
ВІДОМОСТІ ПРО ГІДРОЛОГІЧНИЙ РЕЖИМ ПОНИЗЗЯ ДНІПРА 10
1.1. Фізико-географічна та гідрографічна характеристика 10
1.2. Кліматичні особливості регіону 22
1.3. Загальні відомості про гідрологічний режим 25
2. ЕКОЛОГІЧНА ГІДРОЛОГІЯ ПОНИЗЗЯ ДНІПРА 34
2.1. Методичні особливості екогідрологічних досліджень 34
2.2. Історія і сучасний стан екогідрологічних досліджень в пониззі
Дніпра
39
3. КЛЮЧОВІ ГІДРОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ ФОРМУВАННЯ
СТАНУ ВОДНОЇ ЕКОСИСТЕМИ ПОНИЗЗЯ ДНІПРА 45
3.1. Зовнішній водообмін руслової та озерної мереж 46
3.2. Динаміка водних мас, як абіотичний компонент екосистеми 56
3.3. Гідрофізичні властивості водних мас пониззя Дніпра 72
3.4. Донні відклади 80
4. ВПЛИВ ГІДРОЛОГІЧНИХ УМОВ НА АБІОТИЧНІ ТА
БІОТИЧНІ КОМПОНЕНТИ ЕКОСИСТЕМИ ПОНИЗЗЯ ДНІПРА 93
4.1. Зовнішній водообмін елементів водної мережі як фактор
формування якості води і стану їх екосистем 93
4.2. Вплив гідродинамічних процесів на функціонування
біотичних складових 98
3
4.3. Роль гідрофізичних властивостей водних мас та донних
відкладів у формуванні показників якості води і стану гідробіоценозів
103
5. АНТОРОПОГЕННЕ НАВАНТАЖЕННЯ НА ЕКОСИСТЕМУ
ПОНИЗЗЯ ДНІПРА ТА МОЖЛИВІ ЗАСОБИ ПОКРАЩАННЯ ЇЇ
СТАНУ 110
5.1. Компоненти та динаміка антропогенного навантаження на
водні об’єкти регіону 110
5.2. Режим роботи Каховської ГЕС, як основний антропогенний
чинник екологічного стану водних об’єктів в сучасний період 119
5.3. Локальні засоби поліпшення стану екосистеми в цілому і її
окремих елементів шляхом регулювання гідрологічного режиму 134
ВИСНОВКИ 143
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 146
4
ВСТУП
Актуальність роботи. Останні найбільш повні комплексні
дослідження гідрологічного режиму пониззя Дніпра проводились більш ніж
30 років тому. За цей проміжок часу значною мірою змінився (переважно
погіршився) екологічний стан майже всіх водних об’єктів, що входять до
складу гідрографічної мережі гирлової ділянки ріки. Сучасні гідроекологічні
дослідження фіксують поступові негативні зміни в екосистемах водних
об’єктів пониззя Дніпра. Особливо потерпають заплавні водойми та інші
елементи придаткової мережі (стариці, затоки, протоки та ін.).
Спостерігається евтрофування водних об’єктів, замулення, заростання
водною рослинністю, тощо.
Однією з причин таких перетворень, безумовно, є зміни гідрологічних
умов функціонування екосистем водних об’єктів гирлової ділянки Дніпра.
Тому визначення та кількісна оцінка екологічно значущих елементів
гідрологічного режиму стали необхідним компонентом загальних
гідроекологічних досліджень пониззя Дніпра.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дослідження по темі дисертаційної роботи проводились на Херсонській
гідробіологічній станції НАН України в рамках виконання чотирьох
держбюджетних та трьох договірних науково-дослідних робіт:
1) Вплив урбанізації на водні об’єкти пониззя Дніпра та шляхи її
зниження (тема №0110U003836, 2010–2013 рр.).
2) Структурно-функціональні зміни в організації угруповань
гідробіонтів Дніпровсько-Бузької гирлової області в умовах інтенсивного
антропогенного впливу (тема №0111U002025, 2011–2015 рр.).
3) Біологічні особливості екотонних ділянок водних об’єктів пониззя
Дніпра (тема №0112U000515, 2012–2016 рр.).
5
4) Стан слабопроточних водойм пониззя Дніпра та розробка методів
його покращення (тема №0113U004336, 2013–2015 рр.).
5) Обґрунтування необхідності проведення робіт і розробка
рекомендацій щодо штучного посилення водообміну заплавного комплексу
Олешківської ділянки пониззя Дніпра (тема №0114U005555, 2014 р.).
6) Дослідження екологічного стану Стебліївского лиману в умовах
антропогенного тиску і розробка рекомендацій щодо підтримання та
покращання умов функціонування його екосистеми (тема №0114U004606,
2014 р.).
7) Прогноз впливу будівництва та експлуатації Каховської ГЕС-2 на
водні екосистеми Каховського водосховища та пониззя Дніпра (тема
№0114U005444, 2014 р.).
Мета та завдання роботи. Мета роботи полягає у визначенні
гідрологічних процесів гирлової ділянки Дніпра, які є провідними чинниками
формування її екологічного стану в сучасний період. Досягнення цієї мети
потребує вирішення наступних задач:
1) визначити та кількісно оцінити найбільш значущі (ключові)
гідрологічні фактори, що впливають на екологічний стан та якість води
гирлової ділянки Дніпра;
2) дослідити складові водного балансу та показники зовнішнього
водообміну руслової мережі та водойм пониззя Дніпра, що є найбільш
значущими факторами формування їх екологічного стану;
3) оцінити гідродинамічні процеси у водоймах та водотоках і їх вплив
на життєдіяльність гідробіонтів;
4) дослідити основні показники гідрофізичних властивостей водних
мас різних елементів гідрографічної мережі, їх основні часові зміни та роль у
формуванні екологічного стану пониззя Дніпра;
5) дослідити особливості формування та екологічну ролі донних
відкладів гирлової ділянки Дніпра;
6
6) вивчити характер та механізми впливу різних ключових
гідрологічних факторів на біотичну складову та абіотичні компоненти
екосистеми пониззя Дніпра;
7) Розробити рекомендації щодо збереження біорізноманіття,
відтворення та розвитку водної екосистеми пониззя Дніпра шляхом
регулювання ключових елементів гідрологічного режиму.
Об’єкт дослідження – руслова мережа та водойми гирлової ділянки
Дніпра – від нижнього б’єфу Каховської ГЕС до Дніпровсько-Бузького
лиману.
Предмет досліджень – гідрологічний режим гирлової ділянки Дніпра.
Методи досліджень. При виконанні робіт за темою дисертації
використовувались загально прийняті в гідрології методи, натурні,
лабораторні та розрахункові методичні підходи, що використовують при
екогідрологічних дослідженнях водних об’єктів; методи розрахунку та
моделювання гідродинамічних процесів у водоймах. Обробка матеріалів
натурних досліджень виконувалась з використанням програм Microsoft Office
7.0, Surfer 7.0, Corel Draw X3 та ін.
Наукова новизна отриманих результатів. На прикладі гирлової
ділянки Дніпра застосовано екосистемний підхід до вивчення гідрологічних
процесів та параметрів як факторів, що формують стан водних екосистем. До
елементів новизни належать наступні розробки дисертаційної роботи:
Вперше:
- визначено проточність та інтенсивність водообміну руслової мережі;
- проведено районування гирлової ділянки Дніпра за гідрологоморфологічними ознаками;
- при дослідженні динаміки водних мас застосовано математичну
модель циркуляції вод і доведено її прийнятність для оцінки течій у
мілководних водоймах;
- досліджено особливості механізмів впливу гідрологічних факторів на
біотичні складові екосистеми крупної ріки (зв'язок між прозорістю води та
7
біомасою зоопланктону, динамікою водних мас та кількісними показниками
фітопланктону тощо);
- визначено аспекти впливу глобального потепління на гідрофізичні
властивості водних мас пониззя Дніпра;
- визначено ділянки пониззя Дніпра, де відбулись найбільші природні
та антропогенні зміни елементів гідрологічного режиму і, відповідно,
екологічного стану;
- розроблено технологію та засоби поліпшення стану екосистем різних
типів водних об’єктів пониззя Дніпра шляхом регулювання їх гідрологічного
режиму.
Удосконалено:
- методику дослідження динаміки водних мас у мілководних водоймах
пониззя Дніпра.
Дістало подальший розвиток:
- застосування екосистемного підходу при дослідженні гідрологічного
режиму водних об’єктів;
- аналіз змін водності Дніпра в його гирловій ділянці;
- визначення показників зовнішнього водообміну, їх змін за останні 30
років та аналіз основних причин погіршання водообмінних процесів водних
об’єктів пониззя Дніпра;
- дослідження основних гідрофізичних властивостей водних мас та їх
вплив на життєдіяльність гідробіонтів і якість водного середовища;
- розгляд особливостей формування донних відкладів руслової мережі
та водойм гирлової ділянки Дніпра в сучасний період.
Обґрунтованість результатів досліджень визначається
використанням значної кількості матеріалів натурних досліджень
гідрологічного режиму та екологічного стану пониззя Дніпра
співробітниками Херсонської гідробіологічної станції НАН України,
Інституту гідробіології НАН України, а також сучасними методами їх
обробки. У роботі використані також матеріали моніторингу вироблення
8
електроенергії Каховською ГЕС за 1970–2014 рр. та дані щорічних звітів
департаменту екології та природних ресурсів Херсонської обласної
адміністрації про стан навколишнього природного середовища у Херсонській
області за 2001–2013 рр.
Практичне значення роботи. Рекомендації, що наведені в
дисертаційній роботі, можуть бути використані при формуванні екологічних
вимог щодо режиму роботи Каховської ГЕС та при плануванні заходів
поліпшення екологічного стану гирлової ділянки Дніпра шляхом
регулювання гідрологічного режиму.
Особистий внесок автора в роботу полягає в персональному зборі,
обробці та аналізі первинних матеріалів. Автор брав безпосередню участь в
54-х експедиційних виїздах з метою дослідження гідрологічних,
гідробіологічних та гідрохімічних процесів водних об’єктів гирлової ділянки
Дніпра. За допомогою даних про внутрішньодобовий хід витрат води та
коливань рівня водної поверхні в русловій мережі у різні періоди дослідив
зміни у водообмінних процесах водойм пониззя Дніпра за останні 30 років.
Провів верифікацію та застосував математичну модель циркуляції вод за
методом повних потоків при дослідженні елементів гідродинаміки на
мілководних водоймах пониззя Дніпра. При вивченні гранулометричного
складу донних відкладів пониззя Дніпра застосував установку, принцип якої
полягає у використанні вагового методу седиментаційного аналізу. Виділив
основні причини мулонакопичення у водних об’єктах пониззя Дніпра. Провів
оцінку впливу зміни режиму роботи Каховської ГЕС на сучасний
екологічний стан різних типів водних об’єктів пониззя Дніпра та розробив
технологію впровадження найбільш реальних заходів його поліпшення.
Апробація результатів дослідження. Основні досягнення та матеріали
дослідження були представлені на: Наукових читаннях присвячених Дню
науки (Херсон, травень 2010 р.), П’ятій всеукраїнській науковій конференції
«Гідрологія, гідрохімія, гідроекологія» (Чернівці, вересень 2011 р.);
Наукових читаннях присвячених Дню науки (Херсон, травень 2011 р.);
9
Третій міжнародній науковій конференції «Современные проблемы
гидроэкологии. Перспективы, пути и методы решений» (Херсон, травень
2012 р.); Міжнародній науковій конференції молодих вчених «Актуальные
проблемы современной гидрометеорологии» (Одеса, 2012 р.); Науковопрактичній конференції для молодих вчених присвяченій 95-річчю
Національної академії наук України «Актуальные проблемы современной
гидроэкологии» (Київ, листопад 2013 р.); Наукових читаннях присвячених
95-річчю Національної академії наук України «Экологические исследования
Днепровско-Бугского региона» (Херсон, листопад 2013 р.); Сьомій
міжнародній науковій конференції молодих вчених та талановитих студентів
ФДБУН ІВПРАН «Водные ресурсы, экология и гидрологическая
безопасность» (Москва, грудень 2013 р.); Шостій всеукраїнській науковій
конференції з міжнародною участю «Проблеми гідрології, гідрохімії,
гідроекології» (Дніпропетровськ, травень 2014 р.); Наукових читаннях
присвячених Дню науки (Херсон, травень 2015 р.). Також матеріали та
розробки дисертаційної роботи неодноразово відображались засобами
масової інформації та висвітлювались в усних доповідях при громадських
слуханнях присвячених будівництву Каховської ГЕС-2 (смт. Козацьке 23.02.,
м. Нова Каховка 24.02. та м. Херсон 25.02.2015 р.).
Публікації. Результати дисертаційного дослідження опубліковано в 24
наукових працях, в тому числі в 6 статтях у фахових виданнях, двох
монографіях та двох брошурах (у співавторстві), а також в матеріалах і тезах
доповідей на наукових та науково-практичних конференціях.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі
вступу, п’яти розділів, висновків та списку використаних літературних
джерел. Повний обсяг роботи становить 6,54 авторських аркушів, або 158
сторінок друкованого тексту, включаючи 48 рисунків та 17 таблиць. Список
літератури налічує 105 найменувань.

Список литературы

ВИСНОВКИ
1. Пониззя Дніпра являє собою унікальну водну систему,
екологічний стан якої в значній мірі визначається гідрологічним (водним)
режимом ріки. Більше 60 років цей режим формується попусками
Каховської ГЕС. Їх зміна, що відбулася за останні 20-30 років, призвела
до зміни гідрологічного режиму і обумовила негативний хід сукцесії
екосистем практично всіх елементів гідрографічної мережі пониззя
(руслових потоків, заплавних водойм і самої заплави).
2. Значущими елементами гідрологічного режиму водойм пониззя
Дніпра, як і більшості природних водних об’єктів, є воднобалансові
характеристики, інтенсивність зовнішнього водообміну, елементи
гідродинаміки, гідрофізичні властивості водних мас та донних грунтів.
Всі указані елементи для кожного із типів водних об’єктів пониззя Дніпра
детально оцінено із застосуванням методології та методів екологічної
гідрології.
3. Специфіка роботи Каховської ГЕС визначила характерні риси
водного режиму кожної із підсистем гирлової ділянки Дніпра. Так, в
основному руслі і багатьох водотоках відмічаються періодичні прямі
довгі хвилі, фазова швидкість яких сягає 7–8 м/с. Фактичне переміщення
водних мас при цьому відбувається зі швидкістю 0,2–0,6 м/с. В заплавних
водоймах завдяки указаним хвилям відбувається водообмін з русловою
мережею. Період зовнішнього водообміну водойм пониззя Дніпра різний
– від двох до декількох десятків діб, що власне і обумовлює суттєву
різницю їх екологічного стану.
4. Процеси зовнішнього водообміну в останні десятиліття значно
послабились. Основною причиною цього є перехід Каховської ГЕС з
переважно двохпікового на переважно однопіковий режим попусків
впродовж доби.
144
5. Натурні дослідження та математичне моделювання дозволили
оцінити екологічно значущі гідродинамічні процеси у водоймах пониззя
Дніпра, визначитися з наявністю і розташуванням застійних та проточних
ділянок на акваторіях водойм, із закономірностями розподілу течій при
різних гідрометеорологічних умовах тощо. При цьому доведено
прийнятність для моделювання на мілководних заплавних водоймах
відомого в гідрології та океанології методу повних потоків.
6. Виявлені основні фактори, що впливають на гідрофізичні
властивості водних мас гирлової ділянки Дніпра. Серед найбільш вагомих
є кліматичні зміни. На фоні глобального підвищення температури повітря
змінився термічний та льодовий режими досліджуваного об’єкту.
Прозорість води збільшилась. Кількість завислих речовин у воді
зменшилась, у їх складі виросла частка органічної складової. Оцінено
вплив змін гідрофізичних властивостей водних мас на стан екосистеми
пониззя Дніпра і окремих її складових.
7. Встановлено, що послаблення зовнішнього водообміну стало
основною причиною зміни гранулометричного складу донних відкладів в
бік більш дрібних мінеральних фракцій. Взагалі, донні відклади у
водоймах пониззя формуються переважно за рахунок органічних речовин,
що продукуються біотичною складовою їх екосистем.
8. Дослідження механізмів впливу гідрологічних факторів на
біотичні та абіотичні компоненти водної екосистеми вказали на тісний
взаємозв’язок між ними. Оскільки умови існування гідробіонтів
безпосередньо залежать від абіотичних факторів середовища, виявлено,
що із значної кількості методів управління водними екосистемами
найбільш ефективними для пониззя Дніпра є ті, які впливають на
екологічний стан через регулювання елементів гідрологічного режиму.
9. Проведені дослідження дали змогу скласти ряд рекомендацій для
поліпшення екологічного стану пониззя Дніпра, розробити режим роботи
Каховської ГЕС, що є найбільш сприятливим для функціонування водної
145
екосистеми дослідженого об’єкту. Серед локальних засобів управління
водними екосистемами до найбільш ефективних були віднесені наступні:
посилення зовнішнього водообміну в заплавних водоймах шляхом
покращання зв’язку з русловою мережею, регулювання морфометричних
параметрів самих водойм та очищення їх від надлишкових заростей
рослинності і донних відкладів. Отримані рекомендації в подальшому
можуть бути використані для планування шляхів покращення стану
довкілля в регіоні.
10. В цілому, використання методології та методів екологічної
гідрології при дослідженні різних типів водних об’єктів пониззя Дніпра
дало змогу оцінити найбільш екологічно значущі елементи гідрологічного
режиму, виявити їх зміни, основні причини цих змін та визначити шляхи
поліпшення їх сучасного екологічного стану.