КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ГЕОГРАФІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Ромась Ігор Миколайович

УДК 556.530.2

ОЦІНКА ГІДРОЛОГО-ГІДРОХІМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

МІНІМАЛЬНОГО СТОКУ РІЧОК БАСЕЙНУ ДНІПРА (В МЕЖАХ УКРАЇНИ)

11.00.07 — гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Київ — 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі гідрології та гідроекології

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Хільчевський Валентин Кирилович

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

завідувач кафедри гідрології та гідроекології

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, доцент

Кіндюк Борис Володимирович

Одеський національний політехнічний університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри екології та гідрогазодинаміки

кандидат геогрфічних наук

Осадча Наталія Миколаївна

Українсський науково-дослідний гідрометеорологічний

інститут Мінприроди України,

зав. лабораторією регіональних гідрохімічних досліджень

Провідна установа:

Одеський державний екологічний університет Міністерства

освіти і науки України

Захист відбудеться "24" березня 2005 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.22 Київського національного

університету імені Тараса Шевченка за адресою:

03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 90, географічний факультет

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського національного

університету імені Тараса Шевченка за адресою:

03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 90, географічний факультет

Автореферат розіслано "15" лютого 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.22

кандидат географічних наук В.В. Гребінь

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність обраної теми. Антропогенне навантаження на водні ресурси України, особливо у басейні Дніпра, досягло в сучасний період досить значного рівня. Найбільш напружена ситуація виникає під час меженного періоду, коли річки переходять переважно на живлення грунтовими водами і їх стік стає мінімальним. Найменші витрати води в річках, які можуть знижуватись до нульових значень, є однією з основних гідрологічних характеристик, яку потрібно розраховувати при проектуванні водозабірних споруд на річках для різних користувачів. При формуванні мінімального стоку на гірше змінюється й якість води — скиди стічних вод населених пунктів і промисловості залишаються на одному рівні, а можливість їх розбавлення та здатність до самоочищення води річок зменшуються.

Проблемі формування мінімального стоку річок в Україні присвячено всього декілька робіт, а в останні десятиріччя їй увага практично не приділялася, незважаючи на гостру необхідність таких досліджень як у науковому, так і практичному аспектах. Так, внаслідок тривалої сухої погоди на річках, де встановлено поверхневі водозабори, різке зниження рівня води призводить до неможливості постачання питної води споживачам. Подібні випадки не поодинокі і класифікуються в Міністерстві України з питань надзвичайних ситуацій кодом "гідрологічні прісноводні надзвичайні ситуації" за Державним класифікатором надзвичайних ситуацій, і викликані помилками при проектних розрахунках мінімальних витрат річок.

Актуальність теми роботи визначається необхідністю вивчення найбільш несприятливих гідролого-гідрохімічних умов формування стоку річок басейну Дніпра, водними ресурсами якого забезпечується більше двох третин загальногосподарських потреб України.

Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Дослідження з проблеми виконувалися у 2001-2004 рр. згідно з планами науково-дослідних робіт Київського національного університету імені Тараса Шевченка в рамках державної теми № 01БФ050-03 “Дослідження регіональних змін гідролого-гідрохімічних процесів та явищ, клімату України, їх наслідків”, а також госпдоговірної теми Т-70/04ДП050-02, яка виконана у науково-дослідній лабораторії гідроекології та гідрохімії кафедри гідрології та гідроекології географічного факультету за договором з Держводгоспом України (2004 р.).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає у розрахунку та вивченні розподілу гідролого-гідрохімічних характеристик мінімального стоку річок басейну Дніпра (в межах України) в меженний період.

Для реалізації поставленої мети автором вирішувались наступні задачі:

аналіз існуючих методів визначення гідрологічних і гідрохімічних характеристик мінімального стоку, способів картографування модулів мінімального стоку;

створення гідролого-гідрохімічної бази даних з мінімальних річних, середніх добових і середніх місячних витрат і хімічного складу води річок басейну Дніпра в межах України з початку спостережень по 2001 р.;

дослідження розподілу мінімальних середніх добових, середніх місячних витрат води річок різної забезпеченості за кожен з дев’яти місяців меженного періоду;

дослідження просторового розподілу мінімальних середніх добових, середніх місячних та мінімальних річних модулів стоку за кожен з дев’яти місяців меженного періоду, з червня по лютий, різної забезпеченості;

визначення залежності мінімальних модулів стоку від глибини врізу русел річок;

оцінка гідрохімічних характеристик річок у літньо-осінню та зимову межень при витратах різної забезпеченості;

гідролого-гідрохімічне районування території басейну Дніпра за показниками мінімального стоку.

Об’єктом досліджень є річки басейну Дніпра в межах України.

Предметом досліджень є мінімальні витрати та відповідний хімічний склад води річок басейну Дніпра, їх розподіл за територією та протягом меженного літньо-осіннього та зимового періоду різної забезпеченості.

Методи досліджень грунтуються на принципах класичної гідрології та гідрохімії та сучасної гідроекології. Розрахунок витрат різної забезпеченості проведений за допомогою методу апроксимації емпіричних кривих розподілу теоретичними кривими; при картографуванні модулів стоку та гідрохімічних показників використана геоінформаційна система MapInfo.

Наукові положення, що захищаються:

Виявлені закономірності розподілу середньодобових, середньомісячних витрат води річок басейну Дніпра протягом дев’яти місяців межені, які дозволили виявити найбільш несприятливі періоди формування мінімального стоку.

Просторовий розподіл мінімальних середньодобових, середньомісячних модулів стоку в кожному з дев’яти місяців меженного періоду найбільшою мірою залежить від комплексу фізико-географічних чинників, особливо від співвідношення опади - випаровування та геолого-структурних і гідрогеологічних умов, серед яких найважливішою є наявність карстових водоносних горизонтів, за рахунок яких відбувається живлення річок у меженний період.

Мінімальні модулі стоку підвищуються з глибинного врізу русел, коли прорізається більша кількість водоносних горизонтів, за рахунок яких відбувається живлення річок у меженний період.

В літньо-осінню та зимову межень при менших витратах води річок спостерігається чітка тенденція до збільшення вмісту головних іонів та мінералізації порівняно з більшими витратами.

Районування мінімального стоку за гідролого-гідрохімічними показниками виявило чіткі закономірності у їх розподілі за територією басейну Дніпра, які зумовлені дією комплексу, головним чином, природних, а також антропогенних чинників.

Наукова новизна отриманих результатів. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що дослідження мінімального стоку має комплексний характер, що включає гідрологічні, гідрохімічні та гідрогеологічні аспекти і містить наступні положення:

розроблена методика розрахунку витрат води річок різної забезпеченості за допомогою апроксимації емпіричних кривих розподілу теоретичними кривими;

уперше оцінений розподіл мінімальних річних, середньодобових і середньомісячних витрат і модулів стоку за дев’ять місяців меженного періоду з визначенням найбільш несприятливих умов стоку в літньо-осінню та зимову межень;

уперше досліджений хімічний склад води річок у літньо-осінню та зимову межень при витратах різної забезпеченості;

на основі проведеного районування басейну Дніпра за прямими гідролого-гідрохімічними характеристиками оцінено закономірності їх просторового розподілу та взаємозв’язок мінімального стоку з умовами його формування.

Обгрунтованість результатів дослідженнь визначається значною базою гідролого-гідрохімічної інформації, яка включає стокові та гідрохімічні показники за весь період спостережень до 2001 р. на більш як 60 стокових пунктах на 42 річках басейну Дніпра, та сучасними методиками їх обробки, аналізу та картографування на основі програмного забезпечення та геоінформаційних систем.

Практичне застосування отриманих результатів. Прикладні результати дисертації були отримані та реалізовані в процесі виконання держбюджетної та госпдоговірної тем Київського національного університету імені Тараса Шевченка за науковим напрямком "Охорона навколишнього середовища". Розразункові величини витрат мінімального стоку різної забезпеченості можуть бути використані при проектуванні водозаборів та інших гідротехнічних споруд на річках басейну Дніпра; методологічні підходи до обробки, узагальнення та інтепретації даних можуть бути використані при дослідженні мінімального стоку річок України; при плануванні та розробці водоохоронних заходів у басейні Дніпра, особливо для прийняття рішень з управління водними ресурсами при несприятливих умовах формування стоку в меженний період.

Особистий внесок здобувача полягає у виконанні робіт зі створення бази гідролого-гідрохімічної інформації (дані з мінімальних річних та середньодобових витрат річок басейну Дніпра зібрані автором особисто), обробки, узагальнення та інтерпретації даних, розрахунків витрат і модулів мінімального стоку, визначення залежності мінімальних модулів стоку від глибини врізу русла річок і розподілу підземного стоку за територією басейну Дніпра, розрахунку гідрохімічних характеристик води річок у літньо-осінню та зимову межень при витратах різної забезпеченості. Спільно зі співробітниками НДЛ гідроекології та гідрохімії кафедри гідрології та гідроекології Київського національного університету імені Тараса Шевченка розроблено методику визначення мінімальних витрат різної забезпеченості, виконано картографування модулів мінімального середньомісячного стоку, визначено хімічний склад і мінералізацію річок у літньо-осінню та зимову межень, результати яких опубліковано.

Апробація результатів досліджень. Основні положення та результати досліджень доповідались на наукових семінарах кафедри гідрології та гідроекології (м. Київ, 2003, 2004), Першій Всеукраїнській науковій конференції “Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія” (м. Київ, 2001), Другій Всеукраїнській науковій конференції "Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія" (м. Київ, 2003), IX з’їзді Українського географічного товариства (м. Чернівці, 2004).

Як член Європейської асоціації студентів та аспірантів (EGEA) брав участь у щорічних міжнародних конгресах студентів та аспірантів: Фінляндія (м. Ламмі), 1998; Україна (м. Київ), 1999; Словенія (м. Бохінь), 2000, Румунія (м. Клуж-Напока), 2004, що були присвячені обговоренню соціально-географічних і природничих напрямків розвитку географічних досліджень в європейському регіоні. Учасник Всесвітнього форуму Міжнародної водної асоціації (IWA), Німеччина (м. Берлін), 2001, що був присвячений досягненням у галузі водопостачання та водовідведення. Проходив тренінг у Датському гідрологічному інституті (DHI) з користування моделюючих комплексів для прогнозування несприятливих гідрологічних явищ — Данія (м. Хорсхолм), 2002.

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 11 наукових праць, у тому числі 9 статей у фахових періодичних наукових збірниках, а також тези доповідей на наукових конференціях.

Структурно дисертація складається зі вступу, шести розділів, додатків і висновків. Повний обсяг роботи становить 8,4 авторських аркушів, або 185 сторінок, у тому числі 22 таблиці, 45 рисунків та 16 додатків. Список використаної літератури нараховує 135 джерел і має обсяг 12 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ "ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ З ПРОБЛЕМИ ФОРМУВАННЯ МІНІМАЛЬНОГО СТОКУ" присвячено стану вивчення кількісних та якісних характеристик мінімального стоку річок України, у тому числі басейну Дніпра, їх картографуванню. Під поняттям межені розуміються періоди внутрішньорічного циклу, протягом яких спостерігається низька водність, зумовлена різким зменшенням притоку з водозбірної площі, а річковий стік формується практично за рахунок підземних вод, які дренуються гідрографічною мережею. Вирізняють літню (або літньо-осінню) межень, тобто період від кінця повені до осінніх паводків (за їх відсутності – до появи на річці льодових явищ) та зимову межень – період від початку зими до початку повені. Для басейну Дніпра межень триває переважно від червня до лютого, тобто охоплює дев’ять місяців.

Перші гідрологічні розрахунки для річок УРСР щодо мінімального стоку виконані К.А. Лисенко (1959). За спільністю переважно гідрогеологічних умов формування мінімального стоку у межах України виділено 13 районів. За умовами формування мінімального стоку П.М. Лютик зробив районування території України, де виділив 26 районів, у тому числі 9 – у басейні Дніпра, частина яких розділяється на підрайони. Ця схема районування наведена у “Справочнике по водным ресурсам” (1987) і за своєю сутністю є удосконаленим варіантом схеми районування К.А. Лисенко, оскільки межі районів проведені по вододілах середніх і малих річок з аналогічними гідрогеологічними умовами живлення водотоків та абсолютними відмітками врізу русла. У цій роботі ряди спостережень охоплюють період 1946-1975 рр., за якими вперше наведено систематизовані дані про мімальні середньомісячні витрати 80 % забезпеченості.

Значущі роботи з гідрохімічного картографування природних вод України виконані протягом 70-80-х років минулого століття на кафедрі гідрології та гідро екології та науково-дослідній лабораторії гідроекології і гідрохімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Зокрема, хімічний склад річкових вод вивчався у період літньої межені за даними Держгідрометслужби України за 1961-1973 рр. (Пелешенко В.І., 1975; Пелешенко В.І., Горєв Л.М., Закревський Д.В. та інші, 1979). У подальшому досліджували хімічний склад та якість річкових вод України за окремі гідрологічні періоди, з узагальненням даних за 1971-1980 рр., розроблені картосхеми якості річкових вод басейну Верхнього Дніпра (Хільчевський В.К., 1983; Горєв Л.М., Ніканоров О.М., Пелешенко В.І., 1989).

У цілому дослідження гідролого-гідрохімічних характеристик мінімального стоку річок України, у тому числі річок басейну Дніпра, були досить розрізненими і не охоплювали проблеми в цілому. У межень виділялись переважно періоди з мінімальним 30-денним стоком, без вивчення динаміки формування меженного стоку річок за всі дев’ять місяців, а тим більше – різної забезпеченості. Хімічний склад річок вивчався у літню (або літньо-осінню межень) за календарними датами, без урахування реальних витрат, які спостерігалися при відборі проб води на хімічний аналіз, і, звичайно, без визначення забезпеченості таких витрат. Останніми десятиріччями проблемі формування мінімального стоку увага практично не приділялася.

Об’єктивною причиною такого підходу була порівняно невелика довжина рядів із мінімальних витрат, та, особливо, гідрохімічних рядів по кожному пункту спостережень. Наявність значної гідролого-гідрохімічної інформації в сучасний період дозволяє досліджувати меженний стік (середньомісячний і середньодобовий) за всі місяці літньо-осінньої та зимової межені та, відповідно, оцінити хімічний склад річкових вод при витратах різної забезпеченості.

У другому розділі "УМОВИ ФОРМУВАННЯ МІНІМАЛЬНОГО СТОКУ РІЧОК БАСЕЙНУ ДНІПРА" аналізуються фізико-географічні та гідрогеологічні умови формування мінімального стоку річок басейну Дніпра. Серед кліматичних умов найважливішими є опади та сумарне випаровування, від співвідношення яких залежить формування запасів підземних вод, і, відповідно, меженного стоку річок, що вперше відзначено гідрологами Московського університету (1989). У басейні Дніпра перевищення місячного сумарного випаровування над відповідними опадами спостерігається найбільшою мірою у південних областях вже з березня до вересня включно, тобто протягом 7 місяців. Північніше, у Поліссі, включаючи Київську та Сумську області, таке перевищення спостерігається переважно з квітня до серпня, тобто протягом 5 місяців (за Яциком А.В., 1997). За абсолютними величинами перевищення сумарного випаровування над опадами у ці місяці складає 10-60 %, а на півдні коливається у межах 20-80 %.

У межах басейну Дніпра виділяють Дніпровсько-Донецький, Волино-Подільський і Причорноморський артезіанський басейни та гідрогеологічну область Українського кристалічного щита, де найбільш поширені тріщинні води. Підземні води у межах артезіанських басейнів, які переважно дренуються річками, пов`язані, зазвичай, з водно-льодовиковими, алювіальними піщано-глинистими відкладами. Особливо значний вплив на формування мінімального стоку мають карстові води, які розповсюджені на півдні Волино-Подільського та у північній частині Дніпровсько-Донецьокого артезіанських басейнів.

На формування гідролого-гідрохімічних характеристик меженного стоку значний вплив має господарська діяльність, особливо будівництво штучних водойм, водозабір, скиди стічних вод, техногенні зміни рівневого режиму та якості підземних вод тощо. У басейні Дніпра, за даними Держводгоспу України, у 2000 р. забрано 10,4 млрд м3 води, з якої 78 % - поверхневі води, а 22 % - підземні. У водні об`єкти у цей час скинуто близько 5,7 млрд м3 стічних вод, з яких без очищення або недостатньо очищених – 23 %, а нормативно-чистих і нормативно-очищених – 77 %. Безповоротне водоспоживання складало близько 4,7 млрд м3 (Кордюм А.Б., 2003).

Основні регіональні зміни рівневого режиму підземних вод пов’язані з розвитком регіональних депресійних воронок під впливом експлуатації групових водозаборів та водовідливу в гірничовидобувних районах. Найбільші техногенні зміни якості підземних і поверхневих вод відбуваються під впливом хімічної промисловості, гірничо-промислового, металургійного та аграрного комплексів.

Таким чином, басейн Дніпра охоплює три фізико-географічні зони, які значною мірою відрізняються за кліматичними чинниками, особливо за співвідношенням атмосферні опади – сумарне випаровування, різними гідрогеологічними умовами, з яких досить важливою є наявність потужних водоносних горизонтів у районах розвитку карсту. Значний вплив на кількісні та якісні характеристики мінімального стоку має господарська діяльність, особливо суттєва зарегульованість річок, великі об’єми водоспоживання та водовідведення, техногенні зміни рівневого режиму та якості підземних вод.

У третьому розділі “МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ” представлені відомості про використані в роботі матеріали та методи досліджень. Робота виконана за матеріалами Центральної геофізичної обсерваторії Гідрометслужби України. Тривалість спостережень, з їх початку по 2001 рік, за стоковими характеристиками на 42 річках (більше 60 пунктів) становить від 30 до 75 років, а за хімічним складом — від 25 до 60 років. Інформаційні ряди сформовані за мінімальними середньодобовими та середньомісячними витратами за кожен місяць меженного літньо-осіннього та зимового періодів. Значення мінімального річного стоку обиралося з 12 мінімальних (строкових) значень за кожен рік, а величина середнього мінімального річного стоку за весь період спостережень розрахована як середнє арифметичне суми мінімальних річних витрат води, поділеної на кількість років спостережень. Ця величина використана для обчислення, у відсотках, підземної складової стоку річки, у середньому за рік, у даному пункті спостережень – шляхом порівняння середнього багаторічного стоку води, за рік, та середнього мінімального річного стоку (Галущенко М.Г., Ромась І.М., 2001).

У базу даних занесено близько 140 тис. одиниць даних про хімічний склад та витрати води. Вона являє собою систематизований та адаптований для подальшої обробки матеріал; таблиці легко трансформуються для обробки на комп’ютері різними статистичними програмами.

Для кількісної оцінки гідрологічних характеристик мінімального стоку застосовано метод апроксимації емпіричних кривих розподілу витрат теоретичними кривими, коли будуються точкові графіки (емпіричні криві) та теоретичні криві забезпеченості. Щоб показати достовірність та об`активність результатів, одержаних методом апроксимації, зроблено їх порівняння з результатами, одержаними відомими методами – графоаналітичним, моментів і найбільшої правдоподібності (Чунарьов О.В., Ромась І.М., 2004). Застосований метод дозволяє одержувати репрезентативні результати, які практично не відрізняються від результатів, одержаних графоаналітичним методом, що вважається найбільш надійним.

Картосхеми модулів середньомісячного та мінімального середньодобового стоку різної забезпеченості за кожен з дев`яти місяців меженного періоду та гідрохімічні карти, які характеризують вміст хімічних речовин у воді річок у літню та зимову межень при витратах 5-50 % і 50-95 % забезпеченості побудовані з використанням геоінформаційної системи MapInfo.

Отже, при дослідженні мінімального стоку річок басейну Дніпра вперше використано значний об’єм гідролого-гідрохімічної інформації та сучасні методичні підходи при її обробці, які базуються на використанні комп’ютерного програмного забезпечення.

У четвертому розділі "РОЗПОДІЛ СЕРЕДНЬОМІСЯЧНИХ І МІНІМАЛЬНИХ СЕРЕДНЬОДОБОВИХ ВИТРАТ ВОДИ РІЧОК БАСЕЙНУ ДНІПРА У МЕЖЕННИЙ ПЕРІОД" розглянуті результати дослідження розподілу середньомісячних та мінімальних середньодобових витрат річок басейну Дніпра різної забезпеченості за кожен з дев`яти місяців, з червня по лютий, меженного періоду.

Найменші витрати, що формуються у меженний період, є одними з основних гідрологічних характеристик, які необхідні при проектуванні гідротехнічних та водозабірних споруд на річках. Так, мінімальні середньомісячні витрати 75-95 % забезпеченості є розрахунковими при проектуванні гідроелектростанцій, водосховищ та рибних ставків, а мінімальні середньодобові витрати 95 % забезпеченості – при проектуванні водозабірних споруд для водопостачання населених пунктів і промислових підприємств у літню та зимову межень.

Основним джерелом живлення річок у меженний період є природні ресурси підземних вод, які формуються в тій зоні інтенсивного водообміну, яка знаходиться під впливом постійно дренуючої дії річкової мережі. Вона охоплює верхній поверх порівняно неглибоких безнапірних ґрунтових вод і напірних підземних вод, що знаходяться в сфері дренуючого впливу річкових систем та значних западин рельєфу. Запаси ґрунтових вод у річковому басейні помітно змінюються у часі, протягом меженного періоду, а також із року в рік залежно від кількості опадів, особливо у зимовий період, та інших кліматичних і гідрогеологічних чинників. Запаси ґрунтових вод поповнюються, головним чином, навесні за рахунок талих і дощових вод, а в районах із значною кількістю опадів та неглибоким заляганням рівня ґрунтових вод – також і восени. Найбільш стійке у часі живлення річок відбувається за рахунок напірних водоносних горизонтів підземних вод. Про його величину звичайно свідчать найменші, мінімальні річні витрати, коли запаси ґрунтових вод спрацьовуються найбільше.

Визначені у роботі ймовірні коливання середньомісячних і мінімальних середньодобових витрат за кожен із дев’яти місяців і їх значення при різній забезпеченості дають змогу прослідкувати розподіл цих витрат протягом меженного періоду.

Розрахункові витрати річок басейну Дніпра, середньомісячні та мінімальні середньодобові 50 %, 75 % та 95 % забезпеченості за кожен із дев’яти місяців меженного періоду наведені у відповідних таблицях, а на графіках наочно показані закономірності розподілу цих витрат у літньо-осінню та зимову межень. Закономірності формування витрат води річок протягом меженного періоду детально розглянуті у надрукованих працях (Лозовицький П.С., Петренко Н.М., Ромась І.М., 2002; Ромась І.М., 2003; Ромась М.І., Шевченко І.О., Ромась І.М., 2003).

У цілому потрібно зазначити, що для розподілів середньомісячних і мінімальних середньодобових витрат різної забезпеченості спостерігаються певні спільні закономірності як у часовому, з червня по лютий місяці, так і в просторовому (від Полісся до Степу) аспектах. Так, найменші витрати у верхів’ї р. Прип’ять, рр. Турія, Стохід формуються у літньо-осінню межень (серпень-вересень), а у зимову межень – у січні-лютому, але останні помітно вищі за найменші витрати в літньо-осінню межень (у 2-4 рази, залежно від забезпеченості). Для рр. Стир, Горинь також найменші витрати формуються влітку – вже у липні-серпні, але вони вищі, ніж найменші витрати взимку (у грудні-січні) тільки у 1,1-1,2 рази, що пояснюється впливом досить рівномірного, протягом меженного періоду, живленням карстовими водами.

На річках Уборть, Уж, Тетерів, Гнилоп’ять, Ірпінь, водозбори яких знаходяться у межах гідрогеологічної області Українського щита, найменші витрати влітку формуються переважно у серпні і, зазвичай, є меншими, ніж у зимову межень, де мінімальні витрати спостерігаються вже у грудні. Цікаво зазначити, що для р. Тетерів (м. Житомир) мінімальні витрати 95 % забезпеченості протягом усього меженного періоду, з червня по лютий, змінюються мало – від 0,40 до 0,50 м3/с, що пояснюється значною зарегульованістю цієї річки – на ній створено кілька водосховищ та близько 230 ставків.

На річках басейну Десни найменші витрати формуються влітку, переважно у серпні, а взимку – у січні та лютому і є помітно вищими, ніж у серпні. На лівобережних притоках Дніпра (рр. Сула, Удай, Хорол, Ворскла, Вовча) найменші витрати для літньо-осінньої межені формуються переважно у вересні. На річках степової зони (Мала Терса, Мокра Сура, верхня течія р. Інгулець) мінімальні витрати формуються вже на початку літа, у червні-липні, а взимку – у січні, і помітно більші, ніж на початку літа.

Таким чином, найменші витрати води, як середньомісячні так і мінімальні середньодобові, у меженний період, з червня по лютий, формуються на річках Полісся та Лісостепу переважно у серпні-вересні, а у степовій зоні – вже у червні-липні. Тобто у ці місяці спостерігаються найбільш несприятливі умови формування стоку, які потрібно враховувати при проектуванні гідротехнічних та водозабірних споруд на річках, при плануванні та управлінні водним господарством.

Виявлені вперше загальні тенденції у формуванні середньомісячних та мінімальних середньодобових витрат різної забезпеченості протягом меженного періоду, та деякі відмінності, характерні для окремих річок (наприклад, р. Тетерів), обумовлені взаємодією багатьох природних та антропогенних чинників, зокрема співвідношенням атмосферних опадів та сумарного випаровування, гідрогеологічними умовами (наявність карстових вод, літологічним складом і глибиною зони аерації тощо), значною зарегульованістю річок і різними аспектами водоспоживання та водовідведення тощо.

У п’ятому розділі "ДОСЛІДЖЕННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ВОДИ РІЧОК У ЛІТНЬО-ОСІННЮ ТА ЗИМОВУ МЕЖЕНЬ ПРИ ВИТРАТАХ ВОДИ РІЗНОЇ ЗАБЕЗПЕЧЕНОСТІ" розглянуто розподіл головних іонів та величин мінералізації в літньо-осінню та зимову межень, а також динаміку зміни хімічного складу річкових вод за останні 30 років. Мінералізація та головні іони належать до важливих гідрохімічних показників, за якими оцінюється якість води для різного виду водокористування. За санітарно-токсикологіними лімітуючими показниками шкідливості лімітується вміст усіх головних іонів, окрім гідрокарбонатів.

Просторовий розподіл мінералізації та головних іонів у літню та зимову межень при витратах більше та менше 50 % забезпеченості представлено на 28 картосхемах. Не вдаючись до детального розгляду результатів, що опубліковані (Ромась І.М., Хільчевський В.К., 2004), слід відмітити, що для розподілу головних іонів (окрім гідрокарбонатних) та величин мінералізації, як в літню так і зимову межень, характерне поступове збільшення концентрацій з північного заходу на південний схід від зони мішаних лісів до Лісостепу, але найбільш чітке — у річках степової зони.

При менших витратах, тобто 95-50 % забезпеченості, виявляється тенденція до збільшення вмісту головних іонів та мінералізації в 1,1-1,5 рази порівняно з більшими витратами. Найбільше перевищення спостерігається на річках степової зони, наприклад рр. Самара, Гайчур, Базавлук. Подібна тенденція більш виразно проявляється у зимову межень порівняно з літньо-осінньою.

Як серед аніонів так і катіонів тенденція до підвищення вмісту в річкових водах при менших витратах води найбільшою мірою проявилася для тих іонів, формування концентрацій яких значною мірою пов’язане з дією антропогенних чинників, тобто сульфатів, хлоридів, натрію, магнію. Підвищення мінералізації води річок при менших витратах у меженний період можна пояснити також більш високою мінералізацією підземних вод, які живлять річки при формуванні мінімального стоку.

При вивченні динаміки змін хімічного складу річкових вод басейну Дніпра в літню межень використано результати досліджень науковців кафедри гідрології та гідроекології, які наведено в монографії "Гидрохимическое картирование с применением вероятностно-статистических методов" (1979). Порівняння середніх концентрацій головних іонів, величин мінералізації та хімічного типу річкових вод за даними, що наведено у цій роботі, тобто за період до 1973 р., і даними до 2001 р. вказує на помітне зростання величин мінералізації за рахунок сульфатів, хлоридів, натрію та магнію в 1,1-1,3 рази і, навіть, у 1,5-2,0 рази (рр. Тетерів, Уборть, Уж). У зв’язку зі зростанням вмісту сульфатів і хлоридів помітних змін зазнав хімічний тип річкових вод.

Тобто, за останні три десятиріччя відбулася досить помітна, особливо в Поліссі, трансформація хімічного складу води річок у літню межень, що пояснюється переважно впливом антропогенних чинників. Це питання набуває в сучасний період важливого значення й потребує окремого спеціального дослідження.

У шостому розділі "ОЦІНКА ПРОСТОРОВОГО РОЗПОДІЛУ МІНІМАЛЬНИХ МОДУЛІВ СТОКУ ПО ТЕРИТОРІЇ БАСЕЙНУ ДНІПРА" розглянуто розподіл середньомісячних, мінімальних середньодобових і мінімальних річних модулів стоку, розподіл підземного стоку та схема районування території басейну Дніпра за гідролого-гідрохімічними характеристиками мінімального стоку.

Закономірності просторового розподілу річкового стоку у басейнах великих річок виявляються при дослідженні таких його характеристик, які не залежать від площі водозбору. Найвідомішою такою характеристикою є модуль стоку, що показує витрати води у дм3 за секунду з площі 1 км2. Модуль стоку розраховується за певний відрізок часу – сезон чи рік. У даному випадку модулі середньомісячного стоку, а також модулі мінімального добового стоку розраховані за кожен з дев’яти місяців меженного періоду.

Розраховані величини середньомісячних і мінімальних середньодобових модулів стоку 50, 75 та 95 % забезпеченості представлені у відповідних таблицях, а закономірності їх просторового розподілу — на 36 картосхемах. Закономірності розподілу модулів стоку за територією басейну Дніпра розглянуто детально в роботі (Ромась І.М., 2003), а головні з них полягають у наступному. Так, найбільші величини спостерігаються у верхній частині рр. Стир, Горинь, Случ і становлять, при забезпеченості 50 %, для середньомісячного стоку, як у серпні, так і вересні 2-3 дм3/с·км2, а для мінімального середньодобового – змінюються у межах 0,8-2,2 дм3/с·км2, що пояснюється їх живленням із потужних водоносних горизонтів крейдяних відкладів Волино-Подільського артезіанського басейну.

У верхній частині басейнів рр. Снов, Сейм, Убідь, Клевень, які знаходяться у північній частині Дніпровського артезіанського басейну і живляться підземними водами крейдяних, а також палеогенових відкладів, модулі стоку також значні – відповідно, 2-3 і 1,0-1,4 дм3/с·км2.

У верхів’ях р. Прип’ять та її притоках – Вижівка, Турія, Стохід, нижньої частини басейнів річок Стир, Горинь, Случ модулі стоку зменшуються, до 1,6-0,6 дм3/с·км2 – для середньомісячного стоку та до 0,3-0,1 дм3/с·км2 – для мінімального середньодобового.

Для правобережних приток Дніпра – Ужа, Тетерева, Ірпеня, Росі, Вільшанки, які живляться переважно тріщинними водами Українського щита, як і для лівобережних приток (Трубіж, Недра, Сула, Хорол, Псел, Ворскла, Оріль, Самара) характерне поступове зменшення модулів стоку із північного заходу на південний схід. У серпні-вересні, при формуванні найбільш несприятливих умов живлення річок, середньомісячні модулі стоку 50 % забезпеченості зменшуються у цьому напрямку від 1,4-1,0 до 0,6-0,4 дм3/с·км2, а мінімальні середньодобові – від 0,8-0,6 до 0,3-0,2 дм3/с·км2.

Найменші модулі середньомісячного та середньодобового стоку спостерігаються у басейнах річок, які розташовані у степовій зоні (Вовча, Мокрі Яли, Гайчур, Базавлук тощо) і змінюються, відповідно, у межах 0,30-0,10 та 0,05-0,03 дм3/с·км2.

Подібні закономірності у розподілі як середньомісячних так і середньодобових модулів стоку різної забезпеченості спостерігаються і в інші місяці меженного періоду, але вже при їх більших величинах, особливо у червні та листопаді. Це пояснюється змінами кількості опадів та співвідношеннями опади-випаровування, а також особливостями гідрогеологічних умов Волино-Подільського, Дніпровського артезіанських басейнів та гідрогеологічної області Українського щита. На характер розподілу модулів стоку в басейнах окремих річок значно впливають антропогенні чинники, особливо зарегульованість річок та розвиток регіональних депресійних воронок під впливом експлуатації групових водозаборів, водовідливу у гірничо-видобувних районах тощо.

Мінімальні річні модулі стоку детально розглянуті в роботі (Галущенко М.Г., Ромась І.М, 2001). На окремих водозборах басейну Дніпра зони мішаних лісів вони змінюються від 1,25—1,80 л/скм2 для закарстованих водозборів (рр. Стир, Горинь) до 0,15—0,60 л/скм2 для басейнів Прип’яті (рр. Вижівка, Турія, Стохід, верхів’я Ужа) і Тетерева. Для верхніх і середніх частин басейнів Случі, Уборті, Сейму, Псла їх значення становлять 0,35—1,10 л/скм2. У басейнах річок Сули, Ворскли, центральній частині Псла середній місячний мінімальний стік складає 0,20—0,60 л/скм2, а на правобережних притоках Дніпра лісостепової зони (рр. Рось, Тясмін) — 0,20—0,30 л/скм2, на лівобережних (рр. Трубіж, Супій, Хорол) — 0,05—0,20 л/скм2. На нижніх лівобережних притоках Дніпра в межах водозбору річки Самари спостерігається найменший мінімальний стік, значення якого не перевищує 0,05 л/скм2.

Для визначення середніх місячних мінімальних модулів стоку побудовані розрахункові залежності їх значень від глибини врізу русел річок. На цих залежностях для окремих груп басейнів чітко простежується зв’язок між глибиною врізу русла та середніми місячними мінімальними модулями стоку — із зменшенням глибини врізу русел їх значення збільшуються. За одних і тих самих гідрогеологічних умов, але при різних глибинах ерозійного врізу долин і русел річок спостерігаються неоднакові величини мінімального стоку. Із зменшенням відміток врізу русел прорізається більша кількість водоносних горизонтів і тим більший та стійкй мінімальний стік.

Проблема гідрологічного та гідрохімічного районування є досить важливою в науковому і практичному відношенні. На основі аналізу закономірностей розподілу по території показників, які характеризують режим річкових вод та їх хімічний склад, виділяються окремі райони з урахуванням, зазвичай, всіх головних природних чинників, насамперед фізико-географічних та, у даному випадку, при дослідженні мінімального стоку, геолого-структурної будови і гідрогеологічних умов. Таким чином, типові для усіх річкових басейнів даного району закономірності визначаються, в першу чергу, однотипністю цих районів за природними умовами формування гідролого-гідрохімічного режиму. При різних методичних підходах та виборі чинників, які покладені в основу районування, основним є комплексний підхід, що враховує зональні (фізико-географічні) та гідрологічні (басейнові) характеристики території, що розглядаються. При гідрологічному районуванні мінімального стоку одним з головних чинників є також геологічна будова та гідрогеологічні умови території, особливо таких великих басейнів річок, як Дніпро.

Слід зазначити, що в декількох роботах, в яких розглядався мінімальний стік, районування території України проводилось за умовами його формування (Лисенко К.А., 1959; "Справочник по водным ресурсам", 1987; Яцык А.В., 1997).

На сучасному етапі, з накопиченням значної кількості гідролого-гідрохімічної інформації та можливості її обробки на комп’ютері, з’явилася можливість районування басейну Дніпра за прямими гідролого-гідрохімічними показниками, звичайно, з урахуванням фізико-географічних і гідрогеологічних умов. При цьому виділені місяці (переважно серпень-вересень), коли формується найменший, мінімальний стік, у меженний період.

Виділені за такими принципами райони показані на картосхемі (див. рисунок), а їх гідролого-гідрохімічні характеристики, більш детально, ніж на карті, - у відповідній таблиці.

Рисунок. Районування території басейну Дніпра за гідролого-гідрохімічними показниками мінімального стоку.

Межі виділених районів зазвичай збігаються з раніше проведеним районуванням (через вплив природних чинників на мінімальний стік, вододіли між річками), але у даному випадку розглядаються прямі показники, тобто модулі стоку, мінералізація та хімічний склад річкових вод при формуванні мінімального стоку, за величинами яких вирізняються виділені райони. Як видно, у межах басейну Дніпра виділено 12 районів, з яких 4 – у зоні мішаних лісів, 6 – у межах Лісостепу та 2 – у степовій зоні.

Виділено райони, які характеризуються певною сукупністю гідрогеологічних та кліматичних умов, глибиною врізу русла річок, конкретними величинами модулів середньомісячного, мінімального середньодобового стоку, величинами мінералізації.

ВИСНОВКИ

Дослідження гідролого-гідрохімічних характеристик мінімального стоку річок України, у тому числі річок басейну Дніпра, проведені раніше, були досить малочисельними, більше описовими та не охоплювали проблеми в цілому.

басейн Дніпра охоплює три фізико-географічні зони, які значною мірою вирізняються за кліматичними чинниками, різними гідрогеологічними умовами. Значний вплив на кількісні та якісні характеристики водних ресурсів має господарська діяльність.

Для оцінки гідролого-гідрохімічних показників мінімального стоку вперше використано значний об`єм інформації, яка характеризує меженний стік річок басейну Дніпра, та сучасні методичні підходи при її обробці, які базуються на використанні програмного забезпечення.

При дослідженні розподілу середньомісячних і мінімальних середньодобових витрат води в меженний період, виявлено основні закономірності їх формування в часовому, з червня до лютого, та у просторовому, від Полісся до Степу, аспектах. Найменші витрати води річок Полісся та Лісостепу формуються переважно у серпні-вересні, а на півдні, у степовій зоні, у червні-липні. У ці місяці спостерігаються найбільш несприятливі умови формування стоку річок, що потрібно враховувати при проектуванні гідротехнічних і водозабірних споруд на річках, плануванні й управлінні водним господарством, обгрунтуванні екологічних нормативів для річок різних фізико-географічних районів.

У літньо-осінню та зимову межень, у тій чи іншій мірі спостерігається підвищення вмісту всіх головних іонів та, відповідно, величин мінералізації при формуванні менших витрат 50-95 % забезпеченості, порівняно з більшими витратами. У зимову межень досліджувана тенденція проявляється у більшій мірі.

За останні три десятиріччя трансформація хімічного складу річок найбільш помітна в зоні мішаних лісів і відбулася за рахунок зростання вмісту сульфатів та хлоридів магнію та натрію.

Результати картографування модулів середньомісячного та мінімального середньодобового стоку за меженний період вказують як на загальні закономірності їх формування за територією басейну Дніпра, зумовлені, головним чином, зміною величин опадів та випаровування з північного заходу на південний схід, так і на помітні відміни, спричинені дією гідрогеологічних чинників, особливо наявністю карстових підземних вод, а також антропогенних факторів, серед яких найбільший вплив має зарегульованість річок.

При визначенні залежності мінімальних річних модулів стоку від глибини врізу русел виділено 12 груп водозборів і розрахункових залежностей, які свідчать, що мінімальні модулі стоку збільшуються із глибиною врізу русел річок.

Районування території басейну Днпра проведено вперше за прямими гідролого-гідрохімічними показниками з виділенням 12 районів. Виявлено чіткі закономірності у їх розподілі з північного заходу на південний схід.

Публікації по темі дисертації:

Галущенко М.Г., Ромась І.М. Умови формування та розрахунок мінімального стоку річок басейну Дніпра (в межах України) // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. –2001. –Т. 2. –С. 289-295. (Аналіз та обробка даних, розрахунки витрат належать здобувачу, обгрунтування висновків — співавтору).

Лозовицький П.С., Петренко Н.М., Ромась І.М. Аналіз витрат води різної забезпеченості р. Інгулець // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. –2002. –Т. 3. –С. 119-126. (Збір, обробка, інтерпретація даних належать здобувачу, розробка методичних підходів, узагальнення даних — співавторам).

Ромась М.І., Шевчук І.О., Ромась І.М. Дослідження формування мінімальних середньомісячних витрат річок басейну Дніпра в літньо-осінню межень // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. –2003. –Т. 5. –С. 85-92. (Обробка даних і аналіз закономірностей часового та просторового розподілу мінімальних середньомісячних витрат у літньо-осінню межень належить здобувачу).

Ромась М.І., Шевчук І.О., Чунарьов О.В., Ромась І.М. Методика визначення витрат води різної забезпеченості // Фізична географія та геоморфологія. –2003. –вип. 44. –С. 221-227. (Збір даних про витрати, побудова та аналіз емпіричних і теоретичних кривих забезпеченості належать здобувачу).

Ромась М.І., Шевчук І.О., Ромась І.М., Довгань Л.В. Періоди формування середніх місячних витрат води мінімального стоку річок басейну Дніпра в літньо-осінню та зимову межень // Наук. праці УкрНДГМІ. –2003. –вип. 251. –С. 54-58. (Обробка даних, аналіз часових і просторових закономірностей витрат належать здобувачу).

Ромась І.М.