Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 37 )

Така диференціація ознак процесу формування гідрохімічного режиму річки за допомогою методики, дозволяє чітко визначити групи показників, що приймають участь чи характеризують проходження тих чи інших фізико-хімічних процесів в річкових водах. Це дає можливість зосередитись на вивченні взаємозв’язків між різними факторами, поглибленому вивченні (в тому числі в лабораторних умовах) природи цих зв’язків, та їх подальшому моделюванні.

Таблиця 5.3

Результати факторного аналізу результатів

гідролого-гідрохімічної зйомки р. Корабельна

Фактори, їх внесок (%) .

Ознаки

F 1

(24%)

F 2

(16%)

F 3

(14%)

F 4

(13%)

F 5

(8%)

F 6

(6%)

F 7

(5%)

F 8

(4%)

1.

0,93

2.

-0,63

3. Cl -

4.

-0,94

5.

0,74

6. Na+

7. K+

0,92

8. t˚

0,94

9. O2

0,66

10.

0,89

11.

-0,63

12.

0,68

13. Fe заг.

14. P мін.

-0,60

15. ПО

-0,86

16. М пов. ю

0,77

17. М пов.

0,61

18. RU под.

0,85

19. RU пов.

0,54

20. G

0,79

21. G

0,62

22. G

0,79

23. G P заг.

0,81

24. G P мін.

0,89

25. Лісистість

-0,86

26. Розораність

0,93

27. Селітебне навантаження

-0,93

28. Зарегульо-ваність

-0,58

5.5. Гідрохімічна локальна мезосистема р. Росава

Річка Росава має довжину 90 км, а площа її басейну становить 1720 км2 . Вона є лівою притокою Росі і впадає в неї за 20 км від гирла.

У верхів’ї Росави розташоване м. Кагарлик, де є цукрозавод, маслозавод і інші підприємства місцевої промисловості, нижче – м. Миронівка з такими самими підприємствами. Усі ці підприємства є потенційними забруднювачами річкових вод.

Басейн річки розташований на Придніпровській височині, є рівниною, розсіченою глибоко врізаною річковою і рівчаково-балочною мережею. Басейн складений товщею третинних пісків, глин і мергелів, що залягають на фундаменті стародавніх кристалічних порід. Четвертинні відклади представлені лесами і лесовидними суглинками, ґрунтовий покрив – чорноземами.

Заплава річки лучна, заболочена, торф’яниста. Заливається під час весняної повені. Русло річки слабо звивисте, завширшки 3-5 м, місцями розширюється до 28 м. Середня глибина річки 0,3 – 0,8 м, найбільша – 2,5 м.

У 1987 р. у зв’язку з розробкою проекту експериментального водоохоронного полігону на р. Росава Українським філіалом Центрального НДІ комплексного використання водних ресурсів (УФ ЦНДІКВВР) із залученням фахівців Інституту гідробіології АН України та Київського національного університету імені Тараса Шевченка було виконано комплекс натурних гідроекологічних досліджень та їх наступна обробка за запропонованою автором методикою.

Під час проведення натурних гідрохімічних досліджень визначались наступні показники: t˚, pH, O2, , іонів, , Na++ , , Cl-, Σi, ПО, , БСК5. Інститут гідробіології АН України виконав визначення деяких санітарно-бактеріологічних показників у відібраних пробах води: загальне число бактерій, алохтонні водорості, гетеротрофи, амоніфікатори, оліготрофи, колі-індекс. Крім того, були зібрані дані про характер поверхні водозбору, внесення мінеральних та органічних добрив, водний стік.

Обробка цих даних показала, що гідрохімічний режим р. Росави формується під впливом 7 головних факторів, чи 7 груп процесів, що протікають як у водному середовищі так і в контактуючих з ним середовищах.

Результати обробки наведені в табл. 5.4. Проведений її короткий аналіз. Перший фактор (35%) дуже характерний для малих річок лісостепової зони в період літньої межені. Він характеризує собою ознаки розкладу органічної речовини та її амоніфікації. Другий фактор (19%) свідчить про алохтонне походження нітратів в річковій воді та ідентифікуються як надходження нітратів з поверхневим та підземним стоком. Третій фактор характеризує собою вплив внеску добрив і зарегульованості на формування режиму головних іонів хімічного складу та іонів амонію. Четвертий фактор – гідрологічний. Регулює добові, сезонні, річні цикли змін хімічного складу річкових вод. П’ятий фактор – вплив поверхні водозбору на надходження в річку хімічних речовин. Шостий фактор – вплив населених пунктів. Сьомий фактор – надходження в річку і. Судячи з даних розрахунків, джерелом можуть бути стічні господарсько-побутові води.

Виявлені 7 факторів пояснюють 94% сумарної дисперсії усіх ознак, що приймають участь в аналізі.

Таблиця 5.4

Головні фактори формування якості води р. Росави в період літньої межені (за даними гідролого-гідрохімічної та гідробіологічної зйомки 1987р.)

Фактори, їх внесок (%)

Ознаки

F 1

(35%)

F 2

(19%)

F 3

(13%)

F 4

(10%)

F 5

(7%)

F 6

(5%)

F 7

(4%)

1. Водний стік

-0,86

2. Зарегульованість

0,54

3. Лісистість

-0,85

4. Розораність

0,96

5. Селітебне навантаження

-0,70

6. Внесення мінеральних добрив

0,59

7. Внесення органічних добрив

0,61

8. t˚

-0,77

9. pH

10. O2

0,60

11.

0,93

12. Ca2+

0,81

13.

0,66

14. Cl -

0,72

15.

0,88

16. Na++K+

0,74

17. Σi

0,93

18. ПО

0,91

19.

0,76

20.

0,90

21.

-0,96

22. N мін.

0,91

23.

-0,63

24. БСК5

0,91

25. Загальна чисельність бактерій

0,91

26. Алохтонні водорості

0,60

27. Гетеротрофи

0,62

28. Амоніфікуючі бактерії

0,88

29. Оліготрофи

0,60

5.6. Гідрохімічна регіональна макросистема

басейну р. Південний Буг

Розроблену методику можна застосовувати не тільки при вивченні окремих малих річок, але й великих річкових басейнів. Для її апробації обрано р. Південний Буг, водозбірна площа якого розміщена на Подільській і Придніпровській височинах та Причорноморській низовині в межах Вінницької, Київської, Кіровоградської, Миколаївської, Одеської, Хмельницької та Черкаської областей. Площа басейну становить 63700 км2, довжина річки – 806 км.

Басейн Південного Бугу характеризується високим рівнем господарської освоєності території. Тут розміщено 70 адміністративних районів, 35 міст, в яких проживає 4,2 млн. чоловік, що складає 8% населення України. Водозбір річки характеризується високим ступенем сільськогосподарської освоєності. Сільськогосподарські угіддя складають 74 – 90%, а розораність території річкових басейнів – в середньому 70%, що перевищує екологічну межу [292].

Господарська діяльність призвела до зменшення площ природних ландшафтів, в результаті чого активізувалися ерозійні процеси. Площа еродованих земель в окремих басейнах перевищує 50 – 70%, а щорічний змив ґрунту з 1 га досягає 10-30 тонн [292].

Незважаючи на значне скорочення обсягів водокористування, безповоротні втрати води і скид забруднюючих стоків залишаються досить високими, що також обумовлює значне антропогенне навантаження на водні ресурси басейну.

Для проведення досліджень та збору інформації були обрані створи Державної гідрометеорологічної служби України на 22 річках басейну Південного Бугу. Для характеристики процесів формування гідрохімічного режиму річок басейну Південного Бугу використано 28 показників, серед яких дані про хімічний склад річкових вод, характеристики стану поверхні водозбору, дані про стічні води, підземний та поверхневий водний стік (табл.5.5.).

Аналіз цих ознак виявив 7 головних факторів формування гідрохімічного режиму річок басейну. Перший з них – це формування хлоридно-натрієвого складу води, процеси накопичення біогенних елементів. Другий фактор – вплив стічних вод, третій – поверхні водозбору. Четвертий фактор оцінює вплив підземних вод на формування гідрохімічного режиму річок. П’ятий фактор – вплив озерності та заболоченості. Шостий фактор характеризує вплив рельєфу на формування водного стоку, а сьомий - особливу роль К+ в гідрохімічному режимі річки, яка пояснюється тим, що останній надходить головним чином із антропогенних джерел (стічні води, добрива). Виявлені 7 факторів охоплюють 87,3% загальної дисперсії ознак, що характеризує гідрохімічний режим.

Таблиця 5.5

Результати факторного аналізу даних по басейну р. Південний Буг

Показники

Фактори, та їх сумарна вага (%)

F 1

37,8

F 2

51,3

F 3

61,6

F 4

70,1

F 5

78,1

F 6

83,2

F 7

87,3

1.Модуль стоку

-0.88

2. Густота руслової мережі

0,74

3.Ухил річки

0,66

4.Озерність

-0,71

5.Заболоченість

-0,73

6..Лісистість

0,95

7. Селітебне навантаження

0,61

8. Опади, мм

-0,61

9. Підземний стік

0,61

10. Завислі речовини

-0,93

11. (стік)

12.

0,74

13. Ca2+

0,70

14.

-0,79

15. Na+

0,73

16. K+

0,91

17. СПАР

18.

-0,86

19.

0,93

20. Р мін.

0,98

21. Р заг.

0,98

22. Fe заг.

0,84

23. Sі

24. Сu

0,97

25. Zn

0,87

26.Стічні води

-0,63

27.Розораність

0,96

28. Cl -

0,77

5.7. Оптимізаційні розрахунки впливу антропогенних факторів на формування параметрів

гідрохімічних басейнових систем

Представлена в розділі 3 методика оптимізації системоформуючих факторів апробована під час проведення оптимізаційних розрахунків впливу антропогенних факторів на формування параметрів гідрохімічних систем річок Бутені (притока Росі) та Корабельної (притока р. Південний Буг). Розрахунки базувалися на даних експедиційних досліджень, виконаних на цих річках співробітниками Проблемної науково-дослідної лабораторії гідроекології та гідрохімії Київського університету імені Тараса Шевченка під керівництвом автора.

У формуванні гідрохімічного режиму та якості води р. Бутені, як показали результати розрахунків, приймають участь п’ять головних факторів:

1. вплив характеру поверхні водозбору (43%);

2. вплив зарегульованості на річковий стік та протікання фізико-хімічних процесів у водному середовищі (18%);

3. продукційно-деструкційні процеси (13%);

4. гідродинамічний фактор (9%);

5. вплив населених пунктів (селітебне навантаження) – 7%.

Для проведення подальших досліджень у напрямку відшукання причинно-наслідкових кореляційних зв’язків окремих показників гідрохімічного режиму з факторами його формування було проведено кореляційний аналіз масиву даних спостережень. Найбільш цікаві для подальшого ходу досліджень кореляційні зв’язки між головними характеристиками виявлених факторів та показниками якості води зведені у таблиці 5.6. Оскільки досліджувались показники стоку всіх хімічних компонентів, то приводяться результати розрахунків зв’язків між стоковими характеристиками та характеристиками факторів.