Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 1 )

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

С. І. Сніжкo

ТЕОРІЯ І МЕТОДИ АНАЛІЗУ

РЕГІОНАЛЬНИХ ГІДРОХІМІЧНИХ СИСТЕМ

Монографія

Київ

Ніка-Центр

2005

УДК 556.114:504.4

Рекомендовано до друку вченою радою географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

20 жовтня 2003 року

Рецензенти: Тімченко В. М., доктор географічних наук (Інститут гідробіології НАН України, , доктор геолого-мінералогічних наук (Міністерство охорони навколишнього природного середовища України), ), Хільчевський В. К., доктор географічних наук ( Київський національний університет імені Тараса Шевченка)

Сніжкo С. І.

Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем. –К.: Ніка-Центр, 2004. –000 с.

ISBN 000-000-000-0

У монографії сформульовано новий науковий, теоретично і методологічно обґрунтований підхід до вивчення просторово-часових полів хімічних речовин у природних водах. В гідрохімічну науку введено і формалізовано поняття про специфічне природне утворення - гідрохімічну систему. Досліджено основні властивості та функції гідрохімічних систем, виконано їх типізацію та запропоновано ієрархічну класифікацію гідрохімічних систем за їх розміром. Розроблено класифікацію вертикальних структурних рівнів гідрохімічних систем з урахуванням особливостей взаємозв’язку різних типів природних вод. Створено методологію дослідження ГХС, орієнтовану на прикладне застосування в гідрохімічних дослідженнях. Виконано комплекс досліджень регіональних гідрохімічних систем природних вод України з метою апробації теоретико-методологічних розробок.

Призначено для фахівців у галузях охорони навколишнього середовища, управління водними ресурсами, гідрологів, гідрохіміків, геохіміків, географів, геологів, а також для студентів та аспірантів.

New scientific, theoretically and methodologicalally proved approach to study of spatial - temporary fields of chemical substances in natural waters is formulated. Into hydrochemical science is entered and the concept about specific natural formation - hydrochemical system (HCS) is formalized. The basic properties and functions of hydrochemical systems is investigated, is executed them tipisation and and is offered hierarchical classification. Cassification of vertical structural levels of hydrochemical systems in view of features of interrelation of various types of natural waters is developed. It is created methodology of research HCS, focused on applied application.

Сomplex of researches of regional hydrochemical systems of natural waters of Ukraine with the purpose of approbation of methodological development is executed.

This book is intended for the experts in the field of environment protection, water resources management, hydrologists, hydrochemists, geochemists, geographs, geologists and for the students and post-graduate students.

ЗМІСТ

Сторінки

ВСТУП 7

РОЗДІЛ 1

Теоретичне обґрунтування геосистемного підходу для дослідження

хімічного складу природних вод. Гідрохімічні системи 17

1.1. Хімічний склад води як системна категорія 18

1.2. Системний підхід до вивчення природних утворень 26

1.3. Обґрунтування поняття “гідрохімічна система”, її математична і

графічна формалізація 30

1.4. Типізація гідрохімічних систем 39

РОЗДІЛ 2

Структура, властивості та функції гідрохімічної системи 42

2.1. Речовинно-агрегатна структура гідрохімічної системи 43

2.2. Процесно-функціональна структура: гідрохімічні підсистеми 61

2.3. Просторова ієрархічна структура гідрохімічної системи 66

2.4. Перенесення речовин та енергії у гідрохімічній системі 79

2.5. Мінливість та стійкість – дві характерні риси розвитку гідрохімічної

системи 86

РОЗДІЛ 3

Методологія дослідження гідрохімічних систем 103

3.1. Історична довідка про розвиток методології дослідження гідрохімічних

систем 103

3.2. Структура та зміст методології дослідження гідрохімічних систем

поверхневих вод 105

3.3. Перший етап аналізу: формування загальних уявлень про систему 106

3.4. Другий етап аналізу: формування поглиблених уявлень про систему 109

3.4.2. Методика дослідження факторів формування гідрохімічних

систем 109

3.4.3. Методика дослідження територіальної структури гідрохімічних

систем 120

3.5. Третій етап аналізу: моделювання та прогнозування розвитку

системи 125

3.5.1. Візуалізація гідрохімічної системи 125

3.5.2. Аналіз керованості системи 127

3.5.3. Апроксимація та моделювання багатофакторного впливу

природних і антропогенних факторів на формування

гідрохімічних систем 128

3.5.4. Прогнозування розвитку гідрохімічної системи 134

РОЗДІЛ 4

СИСТЕМНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА АНАЛІЗ РЕГІОНАЛЬНОЇ ГІДРОХІМІЧНОЇ МАКРОСИСТЕМИ ЖИТОМИРСЬКОГО ПОЛІССЯ 142

4.1. Природні умови формування гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся 143

4.2. Загальна характеристика основних господарських факторів формування гідрохімічної системи 147

4.3. Оцінка параметрів регіональної гідрохімічної системи 168

4.3.1. Характеристика використаної гідролого-гідрохімічної інформації 168

4.3.2. Характеристика параметрів гідрохімічної системи 178

4.3.3. Сезонна динаміка параметрів гідрохімічної системи 178

4.3.4. Багаторічна динаміка параметрів гідрохімічної системи та її основні тенденції 190

4.4. Дослідження факторів формування гідрохімічної системи методами системного аналізу 199

4.4.1. Дослідження структури гідрохімічних систем шляхом аналізу їх часових інформаційних матриць 199

4.4.2.Дослідження структури і процесів формування гідрохімічної макросистеми природних вод Житомирського Полісся 205

4.5. Районування регіональної гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся 221

4.6. Рекомендації щодо покращення стану якості води та підвищення ефективності гідроекологічного моніторингу поверхневих вод 237

4.6.1. Вибір репрезентативних показників для їх подальшого включення в систему гідроекологічного моніторингу 237

4.6.2. Оптимізація мережі гідроекологічного моніторингу 249

4.6.3. Використання гідрохімічної інформації різних відомств при проведенні єдиного гідроекологічного моніторингу в регіоні 251

4.6.4. Покращення стану якості поверхневих вод 254

РОЗДІЛ 5

ХАРАКТЕРИСТИКИ БАСЕЙНОВИХ ГІДРОХІМІЧНИХ СИСТЕМ ЛІСОСТЕПОВОЇ ТА СТЕПОВОЇ ЗОНИ УКРАЇНИ 257

5.1. Характеристика об’єктів дослідження 257

5.2. Гідрохімічна локальна мезосистема р. Бутеня 260

5.3. Гідрохімічна локальна мезосистема р. Іква (басейн р. Південний Буг) 269

5.4. Гідрохімічна локальна мезосистема р. Корабельної 271

5.5. Гідрохімічна локальна мезосистема р. Росава 273

5.6. Гідрохімічна регіональна макросистема басейну р. Південний Буг 276

5.7. Оптимізаційні розрахунки впливу антропогенних факторів на форму-вання параметрів гідрохімічних басейнових систем 279

5.8. Особливості гідрохімічних систем різного рівня розмірності 286

РОЗДІЛ 6

ХАРАКТЕРИСТИКА ГІДРОХІМІЧНОЇ СИСТЕМИ ПЕРЕХІДНОГО ТИПУ (НА ПРИКЛАДІ ШЕЛЬФОВОЇ ГХС ДЖАРИЛГАЦЬКОЇ ЗАТОКИ ЧОРНОГО МОРЯ) 290

6.1. Специфічність перехідних гідрохімічних систем 290

6.2. Еколого-економічна обумовленість досліджень гідрохімічної системи Джарилгацької затоки Чорного моря 291

6.3.Загальна характеристика матеріалів та методики досліджень 292

6.4.Природно-антропогенні передумови формування гідрохімічної системи перехідного типу в Джарилгачській затоці 293

6.5. Трансформація морської гідрохімічної системи в систему перехідного типу 294

6.6. Вплив дренажно - скидних вод на формування перехідної гідрохімічної системи у прибережній частині акваторії моря 303

6.6.1. Системний аналіз морських вод як головного компонента ГХС 304

6.6.2. Дренажно-скидові води як головний чинник формування ГХС 311

6.6.3. Донні відклади як вторинний чинник формування ГХС 318

6.7. Територіальна структура перехідної гідрохімічної системи 322

6.8. Прогноз надходження забруднюючих речовин у водне середовище за рахунок дренажно-скидних вод і донних відкладів 326

РОЗДІЛ 7

ПРОГНОЗУВАННЯ МОЖЛИВИХ ЗМІН ПАРАМЕТРІВ ГІДРОХІМІЧНОЇ СИСТЕМИ (НА ПРИКЛАДІ ГІДРОХІМІЧНОЇ МАКРОСИСТЕМИ Р. ГОРИНІ) 333

7.1. Коротка характеристика використаних вихідних даних та особливостей їх обробки................................................................................................................333

7.2. Загальна характеристика скидів стічних вод та забруднюючих речовин у р. Горинь та її основні притоки 337

7.3. Водогосподарський баланс річки Горинь та її притоків 340

7.4. Аналіз багаторічної динаміки і прогноз водності р. Горинь 345

7.5. Прогноз параметрів регіональної гідрохімічної макросистеми басейну річки Горині на період до 2005 р 351

7.6. Прогноз параметрів гідрохімічної макросистеми р. Горинь та її притоків з використанням балансового методу 355

ВИСНОВКИ 362

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 367

ДОДАТКИ 394

ВСТУП

Розвиток суспільства на основі концепції про невичерпність та самовідновлюваність запасів прісної води [1], призвів до значної деградації світових водних ресурсів, їх дефіциту, виснаження і погіршення якості внаслідок зростаючого забруднення [ 2 ].

Вже сьогодні саме якість водних ресурсів, а не їх кількість, є обмежуючим фактором водокористування [3]. В той же час, в найближчі десятиліття очікується різке зростання попиту на якісну воду [4], загострення водогосподарських проблем і переведення їх у політичну площину [5].

Впровадження в життя нової концепції сталого розвитку суспільства, яка була прийнята Конференцією ООН з навколишнього середовища в Ріо-де-Жанейро (1992р.) [6,7], вимагає ефективного дослідження кількісних та якісних характеристик наявних водних ресурсів із застосуванням сучасних наукових методів, щоб врахувати зростаючі потреби населення та різних галузей господарства і завчасно провести заходи щодо запобігання “водного голоду”.

Невідкладність цього завдання обумовлює актуальність розробки нових підходів до гідрохімічних досліджень, включаючи їх теоретичні обґрунтування та практичне втілення у вигляді сучасних методик.

Сучасна гідрохімічна наука, використовуючи досягнення теоретичних і практичних досліджень природних вод, науково-технічного прогресу в апаратурно-методичній базі досягла високого рівня в аналітичній ідентифікації хімічного складу природних вод, створенні потужної інформаційної бази даних. Проте рівень наукового осмислення, інтерпретації цієї інформації на процесному рівні залишається ще досить низьким. Дається взнаки тенденція до описового характеру досліджень, яка об’єктивно склалася ще на етапі становлення гідрохімії як науки.