Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 11 )

Одним із основних методичних підходів до визначення оптимальної територіальної структури геосистем став басейновий підхід [91, 208].

Фундатором басейнового підходу в науках фізико-географічного циклу був Р. Хортон [209], який не тільки одним з перших звернув увагу на гідрологічну і на загальногеографічну роль річкових систем і їх басейнів, але й здійснив змістовний аналіз взаємодіючих у басейні природних факторів. Підходи до аналізу річкового басейну з комплексних географічних позицій розвинули єв та О. І.Воєйков, які вбачали в ньому цілісні природні територіальні одиниці.

запропонував розглядати річковий басейн як високо інтегровану ієрархічно побудовану геосистему з підсистемами та рівнями організації [209,210].

Застосовуючи принцип функціональної цілісності геосистем, запропонувала розглядати річковий водозбір як геосистему, а гідрохімічні показники використати в якості індикаторів цієї геосистеми [117]. Головною функцією цієї геосистеми є генерація односторонньо направленого водного потоку, який формується в результаті сукупного впливу фізико-географічних факторів.

Водний потік, який формується на поверхні суші в результаті випадання дощових опадів, або танення снігу і має площинний характер поширення (поверхнево-схиловий стік) трансформується в межах певної площі в лінійну форму руху матерії – в лінійний (русловий стік). Надходження поверхнево-схилових вод до річкового русла відбувається з водозбірної території, що обмежена водороздільною лінією. Ця територія називається басейном річки.

Річковий басейн можна вважати одиницею територіальної структури басейнових геосистем. Будь-яку територію можна представити як безкінечну сукупність елементарних водозбірних басейнів. Чим більше таких басейнів – тим точніше буде охарактеризована гідрологічна та гідрохімічна територіальна структура конкретної цілісно-функціональної геосистеми. Розмірність її структурних одиниць буде залежати від положення елементарних басейнів-систем в ієрархічній організації структури в цілому.

Міце будь-якого елементарного річкового басейну в ієрархії басейнової геосистеми визначається його порядком. Порядок басейну – його формальна, але надзвичайно важлива характеристика, що визначає деякі загальні властивості басейнової геосистеми [91]. Принципи визначення порядків за Р. Хортоном показано на рис.2.2.

Ієрархічність проявляється не тільки в територіальному підпорядкуванні (включенні) басейну меншого порядку до більшого, а і в залежності особливостей руслових та схилових процесів а значить і інтенсифікації гідрохімічних процесів у басейні порядку к від змін базису ерозії у басейні к+1. Тобто є підстави зважати на наявність елементів управління басейнів вищих порядків басейнами нижчих порядків.

Встановлено, що у басейнах невисоких порядків (1-3-го) на величину стоку впливають морфометричні показники басейну, його залісеність, ґрунтовий покрив, сума опадів, тощо. Чим більший порядок басейну, тим ця залежність стає меншою, що є наслідком нівелювання топічних ландшафтних особливостей у басейнах високих порядків. Гідрохімічні показники річок басейнів 1-3 порядків дуже добре пов’язані з ландшафтно-геохімічними характеристиками їх водозборів.

За цими показниками можна судити про екологічний стан водозборів, про види господарської діяльності в їх межах. Вони також є ідентифікаційними ознаками гідрохімічних систем річкових басейнів. Використовуючи дані про просторово-часову варіативність концентрацій хімічних речовин у воді нами запропоновано методику ідентифікації та дослідження структури гідрохімічних систем [143]. Басейни 3 та 4 порядків якісно відрізняються між собою. Визначальними факторами формування басейнів 1-3 порядків є місцеві особливості ландшафту, а стік та структура басейнів 4-го і вищих порядків залежить від тектонічних та мікрокліматичних факторів регіонального порядку.

Річки 4-го порядку є складними системами, що об’єднують басейни багатьох малих річок 1-3 порядків, які між собою значно відрізняються гідрологічним режимом, складом порід, кліматичними умовами, внаслідок чого хімічний склад їх вод певним чином інтегрує властивості вод численних приток нижчих порядків. Внаслідок цього хімічний склад води річок 4-го порядку не відповідає зональним особливостям хімічного складу природних вод [46].

Рис.2.2. Схематичне зображення басейну річки з гідрографічною мережею та її трансформація в лінійний граф (цифрами позначено басейни 1, 2, 3 порядку).

Це необхідно враховувати при дослідженні структур гідрохімічних систем, а саме: ніколи не можна розпочинати виділення гідрохімічних систем нижчого порядку шляхом декомпозиції системи вищого порядку. Методично правильним підходом є інтеграція однорідних за комплексом ознак елементарних гідрохімічних систем, що відповідають басейнам 1-го порядку, в системи вищого порядку.

Розглянувши два теоретично можливі підходи до виділення структур гідрохімічних систем, слід зробити наступні висновки:

1.Ландшафтно-генетичний підхід, що враховує принцип географічної зональності хімічного складу поверхневих вод, успішно застосовувався для районування хімічного складу поверхневих вод та для виділення елементарних гідрохімічних структур, наприклад, “гідрохімічних полів” [49]. В той же час слід взяти до уваги, що географічна зональність прослідковується у просторовій зміні лише тих хімічних речовин, концентрації яких формуються лише, або головним чином за рахунок природних факторів. До таких речовин належать в першу чергу розчинені у воді солі (більшість головних іонів).

Що ж стосується характерних для сучасного хімічного складу води речовин так званого змішаного і антропогенного походження, то в просторовому розподілі їх концентрацій не спостерігається ніяких ознак географічної зональності. Тому застосування схеми фізико-географічного районування для класифікації однорідних гідрохімічних структур, що характеризуються полікомпонентністю зі зростаючим в останні десятиліття переважанням речовин змішаного (природно-антропогенного) та антропогенного походження, виглядає методично необґрунтованим.

2.Басейновий підхід як метод дослідження цілісно-функціональних геосистем є найбільш обґрунтованим для його застосування у дослідженнях гідрохімічних структур і, особливо, для визначення територіальної структури гідрохімічних систем. При цьому слід віддати перевагу методу інтеграції з урахуванням комплексу ідентифікаційних ознак елементарних гідрохімічних систем нижчого рангу в системи вищого рангу.

3.Виявлення гідрохімічних систем за умови використання запропонованого підходу, в основі якого лежить інтегрування елементарних однорідних цілісно функціональних гідрохімічних систем, можливе в межах будь-якої території, яку можна представити як макросистему, що складена якою завгодно великою кількістю елементарних річкових басейнів. Сказане означає, що ієрархічно структуровані гідрохімічні системи можна виділити як в межах басейну річки вищого порядку, так і в межах території будь-якої одиниці географічного районування, аж до топічного рівня.

Для розробки ієрархічної класифікації гідрохімічних систем за територіальними ознаками слід об’єднати досвід фізико-географічного районування та класифікацій річкових басейнів.

Аналізуючи досвід фізичної географії та суміжних наук, в межах яких відбувався власне розвиток геосистемної теорії, можна звернути увагу, що поняття “геосистема” пройшло еволюційний шлях розвитку від позначення великих природно-територіальних систем до обмежених за площею ландшафтів, річкових басейнів, водойм з прибережною територією. Тобто як геосистему можна розглядати і географічну оболонку в цілому, і ландшафтну зону, і невеличку ділянку земної поверхні [91].

Ряд вчених (1974), А. Г.Ісаченко (1979), К. А.Кінг (1980) та К. Аурада (1986) виділяють три рівні територіальної розмірності геосистем: планетарний, регіональний та локальний [91].

пропонує, виходячи з ландшафтно-екологічних позицій, шість рівнів розмірності геосистем (табл.2.7).

Таблиця 2.7

Рівні розмірності геосистем за [91]

Рівень

геосистеми

Відповідні географічні

одиниці розмірності

Розмір

геосистеми, м2

глобальний

планетарний рівень, уся географічна оболонка

1014 – 1016

субглобальний

географічні пояси, континенти, субконтиненти

1010 – 1014

регіональний

зони, підзони, провінції, області

107 – 1012

хоричний

фізико-географічна область

104 – 108

топічний

геотопи

102 – 104

субтопічний

невеликі за розміром територіальні одиниці, що відрізняються від геотопів

100 – 101

Використовуючи викладені вище методичні підходи, тобто враховуючи досвід фізико-географічного районування та класифікацій річкових басейнів, пропонується наступна ієрархічна класифікація гідрохімічних систем за їх розміром ( табл.2.8).

Таблиця 2.8

Рівні розмірності гідрохімічних систем

Рівень ГХС

Розмір,

км2 - м2

Відповідність розміру ГХС водозбірним системам суходолу

За геосистемним

принципом

За величиною

Глобальна

макро

> 100 млн. км2

Планетарні водозбори: Атлантико-Арктичний та Тихоокеансько-Індійський

Субглобальна

макро

1–100 млн. км2

Водозбори в межах географічних поясів, континентів, субконтинентів

Регіональна ІІ порядку

макро

50 тис. км2 –

1 млн. км2

Водозбори великих річок

Регіональна І порядку

макро

5 – 50 тис. км2

Водозбори середніх річок

Локальна ІІ порядку

мезо

10 км2 – 5 тис. км2

Водозбори малих річок

Локальна І порядку

(топічна)

мезо

10 м2 – 10 км2

Водозбори струмків

Субтопічна

мікро

до 10 м2

Водозбори мікропотоків

Представлена класифікація охоплює широкий діапазон розмірностей гідрохімічних систем – від мікро - до макрорівня, диференціюючи їх на 6 рівнів з урахуванням відповідності розмірностей річкових басейнів, в межах яких функціонують гідрохімічні системи, геосистемній класифікації.

Враховуючи, що в Україні найбільш поширеними є малі річки з площею до 2000 км2 ( 99,86% від кількості усіх річок), а з площею до 5000 км2 ( 99,96%) [212, 213], можна зробити висновок про переважання локальних гідрохімічних мезосистем І та ІІ рівнів в просторових гідрохімічних структурах.