Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 35 )

- контроль за зберіганням та використанням добрив, отрутохімікатів, техногенних і побутових відходів з метою запобігання їх виносу у водні об’єкти;

- водоохоронні заходи в прибережних смугах та водоохоронних зонах, створення захисних лісонасаджень;

- впровадження удосконаленої системи моніторингу вод басейнів річок, створення автоматизованої системи спостережень за станом водних об’єктів.

Таким чином, виконані в даному розділі дослідження дозволили апробувати теоретико-методичні розробки, викладені у розділах 1-3. Головними результатами апробації слід вважати:

- розробку структурно-функціональної моделі гідрохімічної регіональної макросистеми вод поверхневого стоку Житомирського Полісся;

- районування гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся за умовами формування хімічного складу та якості води;

- рекомендації щодо покращення стану якості води та підвищення ефективності гідроекологічного моніторингу поверхневих вод Житомирського Полісся.

Результати даних досліджень опубліковані нами у наступних роботах [62, 89, 144, 274, 287-290].

РОЗДІЛ 5

ХАРАКТЕРИСТИКИ БАСЕЙНОВИХ ГІДРОХІМІЧНИХ СИСТЕМ ЛІСОСТЕПОВОЇ ТА СТЕПОВОЇ ЗОНИ УКРАЇНИ

5.1. Характеристика об’єктів дослідження

Для дослідження особливостей формування та функціонування гідрохімічних макросистем річкових басейнів лісостепової та степової зони України було обрано декілька репрезентативних в гідрохімічному відношенні річкових басейнів, які найкращим чином поєднували зональні особливості природних умов, типових для лісостепової, чи степової зон, а також характеризувалися різними рівнями антропогенного навантаження. Вже стратегія вибору об’єктів була зорієнтована на дослідження гідрохімічних систем з різним екзосистемним середовищем.

Вказані роботи проводилися в 1986-1990 рр. в рамках держбюджетної теми Проблемної науково-дослідної гідрохімічної лабораторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка “Розробити і впровадити кількісну оцінку впливу різних антропогенних факторів на гідрохімічний режим річок Української РСР” (№ держ. реєстрації 01860089778 у ВНТІЦ (Москва).

В проблемній науково-дослідній гідрохімічній лабораторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка були організовані й проведені під безпосереднім керівництвом автора комплексні гідролого-гідрохімічні експедиційні дослідження на вибраних характерних річках різних природних зон України з різним ступенем антропогенного навантаження.

В зоні лісостепу досліджені річки Бутеня (басейн Дніпра), Іква (басейн Південного Бугу), в степовій зоні – річка Корабельна (басейн Південного Бугу).

Крім того, для проведення досліджень були залучені також додаткові матеріали інших організацій та установ про стан гідрохімічних систем деяких річок цих природних зон:

- УФ ЦНДІКІВР та Інституту гідробіології АН України для водозбору р. Росави (басейн р. Дніпра);

- Державної гідрометеорологічної служби України по групі річок в басейні Південного Бугу.

Водозбір р. Росави та її притоки р. Бутені знаходяться в межиріччі Дніпра та Південного Бугу в межах Придніпровської височини, яка в геологічному відношенні належить до Українського кристалічного масиву. Орографічна височина є платоподібним підняттям, яке поступово знижується на південний схід. Середні висоти становлять 220 – 240 м над рівнем моря.

Ґрунтоутворюючими породами на плато і пологих схилах є лесоподібні суглинки, під якими залягають на підвищених місцях флювіогляціальні піски, що, в свою чергу, знаходяться на тонкому шарі моренних суглинків. Нижче розташовані полтавські піски, які містяться на гранітах або продуктах їх руйнування.

Територія водозборів досліджуваних річок глибоко розчленована ярами, поширені ерозійні процеси. Саме ця особливість геоморфологічних умов підвищує роль поверхнево-схилового стоку в формуванні гідрохімічних параметрів гідрохімічних систем цих річок. В речовинно-енергетичному балансі гідрохімічних систем малих річок типу р. Бутені переважає надходження забруднюючих речовин (пестициди, сполуки азоту та фосфору, мінеральні солі, органічні речовини) з поверхні водозбору під час танення снігу та літніх зливових паводків [291].

Оцінити фонові параметри гідрохімічних систем цих річок можна лише в періоди межені на ділянках без впливу антропогенних джерел забруднення. Гідрохімічний фон, що характеризується переважанням у сольовому складі води іонів Водний стік річок зарегульовано численними ставками, маленькими водосховищами. Поєднання інтенсивних ерозійних процесів з порушеним внаслідок зарегулювання гідрологічним режимом досліджуваних річок є передумовою їх замулення, зменшення природної водності, поштовхом до антропогенного евтрофування. Саме ці процеси є потенційно домінуючими в формуванні гідрохімічних систем річок лісостепової зони – Росави та Бутені.

Басейн Південного Бугу розміщений в двох природних зонах – лісостеповій та степовій і характеризується різноманітністю кліматичних, геологічних, геоморфологічних, ґрунтових та інших умов формування регіональної гідрохімічної системи. В геологічному відношенні басейн майже повністю розміщено в межах Українського кристалічного масиву. Кристалічні породи, які представлені гнейсами, гранітами і магматитами залягають близько до поверхні. Тріщинні води кристалічних порід, що живлять річки басейну Південного Бугу, характеризуються гідрокарбонатно-кальцієвим складом та помірною мінералізацією до 500 мг/дм3.

В південній частині басейну (це стосується і експериментального водозбору – р. Корабельна) живлення річок відбувається головним чином за рахунок підземних вод пліоценового горизонту, які формуються у вапняках та доломітах і мають підвищений вміст солей (мінералізація складає 1000 – 3000 мг/дм3). Для хімічного складу цих вод характерна підвищена кількість сульфатів та хлоридів. Води набувають сульфатно-кальцієвого та сульфатно-натрієвого типу.

Крім того, що обрані для досліджень басейнові гідрохімічні системи відрізняються екзосистемними умовами, вони ще й різняться своєю розмірністю.

Так, басейни малих річок, а саме Бутені, Росави, Малої та Великої Корабельної характеризуються як локальні гідрохімічні мезосистеми ІІ порядку. Басейн р. Південний Буг є типовою регіональною гідрохімічною макросистемою ІІ порядку, якій підпорядковані гідрохімічні системи нижчих рангів.

5.2. Локальна гідрохімічна мезосистема р. Бутеня

Річка Бутеня – права притока річки Росави. Основні гідрографічні характеристики: довжина – 12,0 км, площа басейну – 59,0 км2, лісистість – 15%, розораність – 65% від площі водозбору.

З метою збору даних про характеристики процесу формування гідрохімічного режиму річки, її басейн був умовно поділений на 21 елементарний водозбір. Стік з кожного водозбору вивчався в контрольних створах, розміщених як на самій річці, так і на її притоках (рис. 5.1). В кожному створі вимірювались витрата води, її температура та вміст розчиненого кисню, відбирались проби на хімічний аналіз та для визначення мутності води.

Крім того, за картографічними та довідковими матеріалами для кожного водозбору визначались величини розораності, лісистості, зарегульованості стоку, селітебного навантаження (населені пункти, або заселеність території).

Поряд з контрольними створами, пунктами спостереження за річковими водами, були створені також пункти спостереження за кількістю та хімічним складом підземних вод і атмосферних опадів. Для цього використовувались дані спостережень на геологічних свердловинах та метеорологічних постах Богуславської польової експериментальної гідрологічної бази Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту.

Натурні гідролого-гідрохімічні дослідження з використанням цих пунктів спостережень проведені в травні-червні 1988р. Результати досліджень були частково опубліковані [ 58, 249].

Отримані під час досліджень результати дозволили оцінити елементи гідрохімічної системи у річкових водах та атмосферних опадах, а саме : вміст головних іонів ( , ), біогенних (Nзаг., Рзаг.) та органічних речовин (ПО), О2 тощо.

Річкові води мали гідрокарбонатний кальцієвий склад, рідше гідрокарбонатний кальцієво-магнієвий. Мінералізація води р. Бутеня знаходилась в межах 420-608 мг/дм3, а води притоків 430-720 мг/дм3. Вміст біогенних речовин коливався в значних межах: Nзаг. - 1,32 – 6,12 мг/дм3, Рзаг. – 0,01 – 0,58 мг/дм3. Вміст кисню змінювався від 4 до 12 мг/дм3, величина рН коливалась від 7,5 до 8,3. Значно змінювались вздовж течії річки температура води: від 14°С до 18-20°С в нижній течії. В гирлах мілководних притоків, що прогріваються вона досягала 22-24°С.

Водний стік р. Бутеня збільшувався в напрямку від витоку до гирла від 5 до 96 л/с, що пов`язано зі збільшенням області живлення річки в цьому напрямку. Модулі стоку води з віддалених елементарних водозборів змінювались від 0,19 (балка Демка) до 6,8 л/с км2 (верхів`я балки Шупики). Середній модуль стоку для басейну р. Бутеня за період спостережень склав 1,84 л/с км2.

Рис. 5.1. Схема водозбору р. Бутені з мережею стаціонарних пунктів

гідролого-гідрохімічного моніторингу

Для проведення аналізу параметрів гідрохімічної системи були взяті результати натурних досліджень у басейні р. Бутеня, отримані по кожному елементарному водозбору, і розраховані такі характеристики: лісистість (FL, %), розораність водозбору (Fp,%), зарегульованість водного стоку річки і її притоків ставками (ЗР,%), селітебне навантаження (СН,%), швидкість течії (Vт, м/с), модуль водного стоку річки (М пов., л/с км2), модуль надходження речовин з атмосферними опадами (R атм., кг/км 3 · доб.), показник сумарного іонного стоку річки (R пов. кг/км 2 · доб.), модуль підземного водного стоку (М під., л/с км2), показник підземного стоку (R під., кг/км 2 · доб.), показник стоку загального азоту (RN, кг/км2 на добу) та фосфору (RР, кг/км2 на добу). Таким чином разом з результатами натурних досліджень був складений масив вихідних даних із 336 значень ( табл. 5. 1).

Здійснений аналіз даних виявив п`ять головних чинників формування гідрохімічного режиму р. Бутеня. Сукупно вони описують 81% загальної дисперсії усіх ознак, що аналізуються. Решта 19% дисперсії припадають на незначні фактори, які значно не впливають на гідрохімічний режим річки. Фактори, що їх виявлено, їх внутрішня структура та взаємозв`язок між ознаками різних чинників приведені на малюнку 5.2.