Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 4 )

Багатофакторність процесу формування якості води обумовлює складність його вивчення, а відсутність надійних теоретичних та методичних

розробок, інструментальних методів знецінює спроби розкриття механізму її формування, перешкоджає вивченню і розробці науково обґрунтованих підходів до управління та раціонального регулювання якості води.

Структуру причинно-наслідкових системних зв`язків процесу формування хімічного складу води обумовлює комплекс факторів, який в свою чергу характеризується великим переліком різноманітних показників (табл. 1.1) Вони відображають внутрішню структуру та специфічні властивості даного фактора. Так, гідрологічний фактор включає характеристики водного стоку (усі категорії поверхневого та підземний), коливання рівнів води в озерах та водосховищах [63, 64], твердий стік [65,66], показники руслових процесів [67], які впливають на формування хімічного складу води. Вплив цього фактора на різні аспекти формування хімічного складу води досліджувався у роботах Дж. Делфіно [68], єєва, , [69], Г. Хелмана [70], А. Холмеса з співавторами [71], В. Льюіса та М. Гранта [72], Дж. Гріве [73]. Подібні дослідження були проведені і в Україні за участю автора [74-77]. Дані дослідження показали, що водний стік є інтегральним показником впливу природних факторів на формування хімічного складу вод [77].

Таблиця 1.1

Система факторів формування хімічного складу води

Фактори

Гідрологічний та метеорологічний

Гідробіологічний

Геологіч-

ний

Фізико-географічний

Антропогенний

Характеристики факторів

Водний стік (поверхневий і підземний)

Твердий стік

Коливання рівнів води

Руслові процеси Опади

Сонячна радіація

Випаровування

Циркуляція повітряних мас

Біоакумуляція хімічних речовин під час продукційних процесів

Виділення хімічних речовин під час деструкційних процесів

Хімічний склад гірських порід

Умови залягання

Характер рельєфу

Ґрунтовий покрив

Ерозійні процеси

Лісистість

Заболоченість

Озерність

Геоландшафтні характеристики

Стічні води Добрива та засоби захисту рослин

Меліорація

Тваринництво

Регулювання стоку

Селітебне навантаження

Метеорологічний фактор характеризується перш за все кількістю опадів, які визначають не тільки величину водного стоку, а й його хімічний склад. Важливими характеристиками також є сонячна радіація, що регулює температурний режим водних об’єктів та, разом з цим, впливає на швидкість протікання фізико-хімічних процесів у воді. Процеси випаровування регулюють водно-сольовий баланс водних об’єктів. Циркуляція повітряних мас сприяє перемішуванню водних мас різного хімічного складу у озерах та водосховищах.

Найбільш дослідженим аспектом впливу даного фактора є оцінка надходження хімічних речовин з атмосферними опадами на території водозборів річок та акваторії озер і водосховищ [78-84]. В межах території України такі дослідження були проведені Є. С. Бурксером, , іс [26], М. І. Ромасем [85], С. І.Сніжком [86]. Гідробіологічний фактор характеризується поглинанням (біоакумуляцією) хімічних речовин із водного розчину під час протікання продукційних процесів та виділенням хімічних речовин під час деструкційних процесів. Його вплив особливо відчутно позначається на формуванні хімічного складу стоячих, чи слабопроточних вод [87].

Фізико-географічний фактор описує особливості ландшафту, в якому проходить формування хімічного складу води конкретної річки. Може включати характеристики ґрунтового покриву, лісистості, заболоченості, озерності, еродованості тощо. Прикладом дослідження впливу цього фактора можуть бути наступні роботи [50, 88].

Роль антропогенного фактора у системі факторів і ступінь участі його у загальних процесах визначається наступними ознаками [89, 90]: розораність, стічні води, внесення добрив та засобів захисту рослин, меліорованість, густота населення, питома вага поголів`я великої рогатої худоби, інших тварин, зарегульованість стоку, селітебне навантаження тощо.

Кількість характеристик, що представляють ці фактори, може змінюватись в залежності від складності поставленої задачі, можливості їх інструментального визначення, наявності тих, чи інших видів господарської діяльності, фізико-географічних особливостей території.

Таким чином, в результаті виконаного аналізу літературних даних та досвіду власних багаторічних досліджень можна зробити висновок про системний характер формування хімічного складу природних вод. Він є результатом дії різноманітних природних та антропогенних факторів навколишнього середовища, одним із елементів природної системи, проявом речовинно – енергетичних зв’язків між її компонентами.

1.2. Системний підхід до вивчення природних утворень

Перш ніж знайти місце хімічного складу води в системі категорій та понять теорії природних систем, необхідно розібратися власне в сутності поняття природна система.

Український географ-ландшафтознавець розуміє під природною системою певну множину елементів природного походження, існуючі зв’язки між якими зумовлюють прояв природи в таких якостях та реалізації нею таких функцій, які без взаємодії елементів були б неможливими [91].

Водні розчини розглядаються (1999) як компонент природної системи, що в свою чергу є складним і комплексним. Завдяки взаємодії таких компонентів створюються цілісні геосистеми, що пов’язані із зовнішнім середовищем [92].

Саме завдяки розвитку ландшафтознавства сучасна географія отримала добре розвинуту методико-теоретичну базу досліджень природних систем.

Ця методика базується на загальній теорії систем, розвинутої у роботах як західних [93, 94], так і вітчизняних філософів і природознавців [95-97]. Слід зазначити, що ця теорія є нічим іншим як творчим розвитком принципів матеріалістичної діалектики, яка формулюється як наука про загальні закони руху та розвитку природи, людського суспільства та мислення, як наука про загальні зв’язки [96].

У географії системний підхід набув великої популярності з 60-х років ХХ століття, коли географи та екологи почали трактувати предмети своїх досліджень як системи.

Вперше це поняття було введено в географію в 1963 р. [98], коли він застосував термін “геосистема” як синонім поняття “природний комплекс”. Під нею він розумів природно-територіальний комплекс, який як об’єкт, що має основні властивості систем, повинен досліджуватися як система.

Дефініцію геосистеми сформулював надто загально [91], проте її ключові елементи виділені ним досить чітко: геосистема – матеріальний об’єкт; її складають природні елементи, а антропогенні та людина розглядаються як зовнішнє середовище; геосистемою вважається як елементарна ландшафтна одиниця (фація), так і геосфера в цілому; геосистема виділяється як об’єм простору, в межах якого геокомпоненти мають специфічний характер усіх типів зв’язків; існує тільки один об’єктивний варіант поділу простору на геосистеми; геосистема – категорія динамічна і проявляється за деякий проміжок часу.

Усі наступні міркування щодо поняття “геосистема” мали натуралістський (матеріальний) характер. Спільними рисами натуралістського бачення геосистеми є [99]:

1) геосистема – це матеріальне утворення ;

2) геосистеми можуть бути різного змістовного наповнення;

3) геосистеми – ієрархічні структури (від географічної оболонки до ландшафтної фації);

4) найбільша за рівнем організації геосистема не тотожна землі як планеті та Всесвіту, а охоплює лише невеличку частину просторово-часового континууму;

5) геосистеми – земні утворення;

6) визначаються геосистеми емпірико-індуктивним методом.

В наш час традиційні об’єкти географічних досліджень все більше розглядаються з точки зору загальної теорії систем. З позицій системного підходу аналізуються питання функціонування, саморегулювання, стійкості природних систем тощо [97, 100 - 109]. На думку багатьох дослідників [110,111], серед безлічі природних систем існують і функціонально-цілісні геосистеми, виділення яких базується на принципі динамічного спряження та функціональної цілісності. Системоутворюючою основою цих геосистем є потоки речовини та енергії, які обумовлюють процеси обміну речовинами між компонентами неживої природи та метаболізму в живих організмах.

С. Д Муравейський [112] запропонував використовувати особливості речовинно-енергетичних полів у ландшафтах для визначення територіальних меж геосистем: “ ... встановлення меж географічних комплексів визначається головним чином різкою зміною шляхів міграції солей (елементів), їх якісного складу, порушеннями кругообігу речовин”.

Аналогічні ідеї належать також про виділення елементарних ландшафтів за геохімічними ознаками [113].

[114, 115] називає елементарні ландшафти елементарними ландшафтно-геохімічними системами (ЕЛГС).

Розвиваючий цей введений , але не визначений термін, українська вчена-ландшафтознавець [116] дає йому визначення: “Ландшафтно-геохімічні системи (ЛГС) – це будь-які структурні одиниці географічної оболонки (геосистеми різних рангів), утворення і розвиток яких пов’язані з певним хімічним складом їх компонентів і міграцією хімічних елементів між ними, що й забезпечує цілісність системи”.

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.

Ввівши поняття гідрохімічної підсистеми, вона вважає її центральною в геосистемі річкового водозбору.

Аналізуючи вищеназвані роботи, слід зауважити, що всі вони характеризують більш, або менш вдалі спроби реалізації геосистемних методів для аналізу природних утворень (ландшафтів, річкових водозборів тощо) як геосистем. Проте власне водні об’єкти в них не розглядаються як природні системи.

В. К. Хільчевський [8, 51, 52] сформулював необхідність застосування системного підходу до вивчення процесів формування хімічного складу води та успішно застосував запропонований ним геосистемно-гідрохімічний метод для дослідження хімічного складу і стоку різних типів природних вод.