1. Водні ресурси україни

Життя людини, розвиток багатьох галузей народного господарства країни (сільське господарство, енергетика, транспорт, водопостачання, лісове господарство і ін.) цілком залежать від водних ресурсів: поверхневих джерел: (річки, струмки, озера, штучні водоймища – ставки, копанки і ін.), а також підземних вод і грунтової вологи.

У нашій країні водні об'єкти, як правило, використовуються комплексно, тобто так, щоб одночасно задовольняти потреби у воді всіх зацікавлених галузей господарства, віддаючи перевагу задоволенню потреб у воді населення. Прикладом комплексного використання водних об'єктів є використання Дніпра. Так, у результаті завершення будівництва каскаду гідроелектростанцій на Дніпрі створено штучні водосховища корисним об'ємом близько 19 км³, на гідроелектростанціях виробляється в середньому за рік до 10 млрд. квт./год електроенергії. Дніпро став судноплавним для великих суден, його вода використовується для промислового і комунального водопостачання багатьох як прилеглих, так і віддалених від річки населених пунктів, для зрошення, обводнення та водопостачання південних посушливих районів і великих промислових центрів (Донецького, Криворізького, Харківського); водосховища використовуються для риборозведення, боротьби з повенями, в рекреаційних та інших цілях. Через це водні об'єкти вивчаються так, щоб максимально задовольнити гідрологічними характеристиками запити всіх галузей народного господарства.

На території України нараховується понад 73000 річок і струмків різної довжини і близько 20000 озер. Незначну частину її площі займають болота. Правильне використання водних ресурсів цих водних об'єктів в інтересах народного господарства значною мірою залежить від вивченості їхнього гідрологічного режиму.

Будівництво гідротехнічних споруд на річках, каналів, ставків і водосховищ, а також проведення меліоративних заходів істотно змінюють природний режим багатьох водних об'єктів.

Таким чином, Україна володіє великими запасами поверхневих вод. Але розподілені природні поверхневі джерела крайнє нерівномірно по території. Тому там, де природних джерел недостатньо, потрібні роботи по обводненню земель.

Розвиток гідроенергетики, водного транспорту, зрошення, водопостачання, риборозведення пов'язаний з великими роботами по водному впорядкуванню: створенням каналів, водосховищ, ставків.

З розвитком промисловості, з ростом міст і селищ міського типу збільшується скидання в річки, озера, ставки і в підземні води неочищених промислових, побутових і стічних вод. А це призводить до зниження санітарних і технічних якостей води. У ній збільшується вміст хімічних сполук (нерідко токсичних), органічних речовин, хвороботворних бактерій і ін. При сильному забрудненні вода стає непридатною не лише для пиття, але і для господарських і промислових потреб. Забруднення річок і озер стічними водами згубно відображається на водній фауні і флорі; посилюється анаеробіоз середовища і ослабляються процеси самоочищення води.

З 14 січня 2000 р. введено у дію Закон про меліорацію земель. Внутрішні води України (річки, озера, моря, льодовики і інші водні багатства) складають державний водний фонд. Встановлені правила використання і охорони водних джерел.

Формування водних ресурсів. Вода на земній кулі перебуває в постійному круговороті. Розрізняють великий і малий круговороти. При великому круговороті волога, що випаровується з поверхні морів і океанів, переноситься повітряними течіями на сушу у вигляді водяної пари, випадає у вигляді опадів на сушу і повертається в моря і океани поверхневим і підземним стоком. При малому круговороті волога, що випаровується з поверхні суші, випадає у вигляді опадів знову на сушу, хоча тут також є і перенесення опадів і їх стік, але в межах суші. Чим далі віддалена територія від морів і океанів, тим більшого значення набуває малий внутрішньоматериковий круговорот.

Баланс вологи на даній площі залежить від того, як складається на ній великий і малий круговорот.

Водний баланс для середнього багаторічного періоду і для величезної площі виражається наступним рівнянням:

О = В+С, (1)

де

О –опади,

В – сумарне випаровування води,

С – стік з даної площі.

За розрахунками М. Й. Львовіча (1963), річний водний баланс в середньому по території європейської частини СНД наступний:

опади – 389 мм,

річковий стік – 194 мм,

випаровування – 195 мм.

Однак ці значення вірні лише для багаторічного періоду і великої території. Для окремих площ і періодів баланс вологи значно коливається, від нього ж залежить режим грунту й, отже, умови зростання сільськогосподарських культур.

Рівняння водного балансу для будь-якої невеликої ділянки і проміжку часу можна представити у такому вигляді:

О + Пп + Пг + Пр + К = С + Ф + Вф +В + Т + 3г + 3п, (2)

де

О – опади;

Пп – приплив поверхневих вод на дану ділянку;

Пг – приплив ґрунтових вод;

Пр – приплив руслових (паводкових) вод;

К– конденсація водяної пари;

С – стік поверхневих вод з даної ділянки;

Вф – стік підземних вод (фільтрація);

В – фізичне випаровування (з поверхні грунту і рослин);

Т – транспірація рослинами;

Зг – збільшення або зменшення запасів ґрунтових вод. (у багатоводні періоди запаси підземних вод поповнюватимуться і Зг буде із знаком плюс, в маловодні – із знаком мінус)

Зп – збільшення або спад запасів поверхневих вод.

Всі величини у формулах (1) і (2) виражаються в мм шару води або м³ з одиниці площі.

У приведеному рівнянні водного балансу залежно від топографічних, грунтовогеологічних, гідрологічних і інших умов, а також від часу окремі ланки можуть випадати, інші, навпаки, посилюватися. Наприклад, якщо ділянка примикає до вододілу, може бути відсутнім приплив поверхневих і ґрунтових вод, хоча на нижчих частинах схилу вони можуть грати вирішальну роль у водному живленні грунту. На важких слабопроникних грунтах майже повністю може бути відсутнім приплив і стік ґрунтових вод.

Загальна характеристика елементів водного балансу. Основними елементами| водного балансу є опади, випаровування і стік. Для меліоративних цілей важливо знати суму опадів (дощ, сніг і ін.) за певний період – рік, місяць, вегетацію і ін. Опади вкрай нерівномірно випадають по території країни. Наприклад, в поліській зоні їх річна кількість складає в середньому 600...750 мм, в степовій зоні – 250...450 мм. Характерна також різка мінливість випадання опадів в часі, по окремих періодах і роках. Все це призводить до неоднакового зволоження грунту не лише в різних зонах країни, але і одної і тієї ж ділянки в різні роки і периоди року. Тому на практиці часто доводиться встановлювати розрахункову суму опадів (річну або сезонну) з різною забезпеченістю Ор [сума опадів Ор означає, що р років в 100 – річний період опадів випадає більше за Ор_, а (100–р) років – менше за Ор]. Для меліоративних розрахунків важливо також знати інтенсивність випадання дощів і сніготанення.

Випаровування відбувається з поверхні води, грунту і рослин. Крім того, до складу сумарного випаровування входить і транспірація. Випаровування також мінливе по території країни і в часі, залежно від температури і вологості повітря і грунту, швидкості вітру, виду культур і врожайності. Середнє багаторічне випаровування з водної поверхні (випаровуваність) складає в поліській зоні 300...450 мм, в лісостеповій – 500...600 мм і в степовій посушливій зоні – 700... 1 200 мм.

По співвідношенню опадів і випаровуваності визначають ряд відносних показників (індексів) зволоження (або сухості), які можуть служити для виділення зон за ступенем зволоження й, отже, загальної потреби в осушенні і зрошуванні. Однак в меліорації частіше враховують сумарні витрати, тобто водоспоживання Е (м³/га), визначуване по формулі:

Е = КвУ, (3)

де

Кв – коефіцієнт сумарного водоспоживання, м³/т;

У – урожайність, т/га.

Коефіцієнт сумарного водоспоживання для зернових складає 500...600 м³/т, картоплі – 68 ..100, капусти – 250...300, багаторічних трав (сіно)–470...550 і для цукрового буряка – 56...110 м³/т.

Опади, стікаючи по схилах з підвищених елементів рельєфу в пониження, значною мірою перерозподіляються і утворюють постійні або тимчасові водотоки (струмки, річки, канали), а також водоймища (озера, ставки).

Розрізняють поверхневий і підземний (ґрунтовий) стік. Поверхневий стік від підземного відрізняється крайньою нерівномірністю протягом року. Із загального стоку 79 % припадають на поверхневий, решта 21 % – на підземний стік. Підземний стік приурочений до водоносних горизонтів.

Площа, з якої стікають поверхневі води в той або інший водоток (водоймище), називається водозбірною (мал. 1). Під басейном водотоку розуміють об’єм грунту, з якого стікає і з якого витікає вода. Проте ці поняття

Мал. 1 Схему водозбірної площі.

часто ототожнюються, хоча іноді межі водозборів (вододіли) і басейнів не співпадають.

Найбільш придатний для використання підземний стік. Він майже не вимагає регулювання і характеризує ресурси щорічно поновлюваних підземних вод (за вирахуванням верховодки). Проте основну масу складає поверхневий, паводочний стік, і використовувати його для зрошування, водопостачання і інших цілей можна лише після регулювання, оскільки природний режим поверхневого стоку не співпадає з режимом використання.

У зв'язку з цим великого значення набувають питання розширеного відтворення водних ресурсів, що передбачають множення запасів найбільш цінних джерел (підземних вод, грунтової вологи) за рахунок поверхневого стоку, а також боротьба з якісним виснаженням водних ресурсів, тобто боротьба за чисту воду.

Дія на водний баланс здійснюється в основному шляхом зміни стоку. Як поверхневий, так і підземний стік збирається у відкритих водотоках (річки, річки, струмки). Тому для практичних цілей звичайно використовують спостереження за русловим стоком, тобто стоком по руслах річок і інших водотоків.

Характеристика стоку. У зв'язку з різкою зміною стоку в часі для його характеристики застосовують декілька показників:

секундний стік Q₁ тобто об'єм стоку зі всієї водозбірної площі в 1 с;

модуль стоку q – об'єм стоку з одиниці водозбірної площі в одиницю часу:

q = Q₁/F, •(4)

де

q – модуль стоку, л/(с-га) або м³/(с-км²);

Q₁ – стік, л/с або м³/с;

F – водозбірна площа, га або км²;

об'єм стоку W₀ за певний час t (доба, декада, місяць, рік):

W₀ = Qt; (5)

шар стоку h (у мм):

h = 0,1W₀/F; (6)

коефіцієнт стоку σ (частка стоку у відсотках від опадів):

σ = С/О, (7)

де

С – стік, м³ або мм;

О – опади, м³ або мм.

Стік різко змінюється в часі (по сезонах року, окремих роках), тому для кожного виду меліорації встановлюють характерні розрахункові періоди і розрахункову забезпеченість. Наприклад, при осушенні сільськогосподарських земель за основний розрахунковий період приймають залежно від угідь і структури сівозміни весняний паводковий, передпосівний або літньо-осінній паводковий, а розрахункову забезпеченість приймають рівною 10...25 %, тобто вірогідність перевищення фактичного стоку над розрахунковим в середньому один раз в 10...4 роки.

Фактори формування стоку. Розмір стоку, розподіл його в часі і по території країни залежать від ряду природних і штучних чинників. До перших відносяться:

1) кліматичні умови: опади, випаровування, температура і ін. На стік робить вплив не тільки загальна сума опадів, але і інтенсивність їх випадання. Сильний стік дають зливи, тобто опади з інтенсивністю більше 0,5 мм/хв. Опади безпосередньо впливають на кількість води, що прибуває в басейн і убуває з нього; вони визначають як загальне значення стоку, так і розподіл його в році. Більш того, вплив опадів поширюється і на подальші роки. Наприклад, після сухого року однакова сума опадів і при тій же інтенсивності даватиме менший стік, ніж після вологого року. Безпосередній вплив на стік робить і випаровування. Від температури залежать вид опадів (тверді, рідкі), випаровування і швидкість сніготанення. Температура обумовлює накопичення снігу взимку, весняну повінь рівнинних річок і літню повінь річок з льодовиковим живленням. Через випаровування робить вплив на стік і вітер;

2) грунтово-геологічні умови: водопроникність і вологоємкість грунту і грунту, мерзлота, геологічна будова і ін. Частина опадів вбирається і фільтрується в грунт, тим самим стік зменшується. За водно-фізичними властивостями, а отже, і за впливом на стік всі ґрунти можна підрозділити на

а) водопроникні невологоємкі (піски, гравій, тріщинуваті породи),

б) напівпроникні (супіски, суглинки),

в) слабоводопрониклі вологоємкі (торф, глина, лес) і

г) непроникні невологоємкі (суцільні кристалічні породи, щільні пісковики).

Залежно від залягання цих грунтів мінятиметься і стік. Піски зменшують поверхневий стік, але збільшують підземний. Тому річки в піщаних грунтах мають більш рівномірне живлення протягом року. Великий регулюючий вплив роблять торф'яні ґрунти. Вони здатні ввібрати велику кількість опадів, а потім повільним грунтовим стоком віддавати воду річкам. Глини, навпаки, збільшують поверхневий стік і зменшують ґрунтовий, а отже, сприяють збільшенню паводків і сильному зменшенню стоку в межень.

Водопроникність і вологоємкість одних і тих же грунтів може змінюватися. Наприклад, з підвищенням вологості грунту зменшуються його водопроникність і вологоємкість, що сприяє збільшенню поверхневого стоку. При сухості грунту посилюються вбирання і фільтрація опадів, а отже, зменшується поверхневий стік. Тому після сухого літа і осені паводки звичайно малі. При замерзанні всі ґрунти стають майже водонепроникними. Якщо взимку грунт промерзає глибоко, то весною талі води майже повністю стікають. Сильно збільшує поверхневий стік і вічна мерзлота грунтів, яка займає значні площі в СНД;

3) рельєф: ухил, наявність тальвегів, висота над рівнем моря. Швидкість перебігу води по поверхні грунту (по схилах і тальвегах) пропорційна уклону. Порізаність поверхні і наявність окремих невеликих тальвегів, які впадають потім в річку, сприяють концентрації поверхневого стоку.

У гірських районах стік значно більший, чим на рівнині. Так, коефіцієнти стоку для рівнинних річок європейської території СНД коливаються від 0,02 до 0,5, для ряду гірських річок – від 0,5 до 0,9;

4) рослинний покрив. Трав'яний і особливо дерев’янистий покрив значно збільшує шорсткість поверхні грунту і тим самим сповільнює стік. Лісова підстилка, володіючи великою вологомісткістю, вбирає багато опадів, оберігає грунт від замулювання, зберігає його високу водопроникність, що також зменшує поверхневий стік. На цьому заснована водозахисна і водорегулююча роль лісу;

5) розмір і форма водозбірної площі. При більших площах і подовжених формах водозбору збільшується довжина шляху стікаючої води і час її добігання. Тому чим більша водозбірна площа, тим менше поверхневий стік (з одиниці площі) і тим рівномірніше він розподіляється протягом року. Навпаки, річки з малими водозборами характеризуються нерівномірним стоком.

6) озерність і заболоченість водозбору. Безстічне озеро, не пов'язане з річковою системою, зменшує стік, оскільки частина води витрачається на випаровування з його поверхні. Стічне озеро, наприклад Байкал, регулює стік, тобто під час паводку акумулює стік, а потім поступово віддає його більш менш тривалий час.

Вплив боліт на стік дуже складне явище, оскільки болота діють одночасно як елемент рослинного покриву і як водна поверхня. Більшість дослідників вважають, що болота регулюють стік. Весною і під час дощів болота запасають величезні кількості води і потім поступово віддають це річкам. Доказом цього може служити те, що річки, що витікають з боліт, мають більш рівномірне живлення. У той же час болота випаровують багато води, тим самим зменшують стік. У різних кліматичних і геологічних умовах роль боліт різна. Болота грунтового живлення є регуляторами стоку; болота атмосферного живлення в умовах високого випаровування можуть зменшувати його.

Штучні, або антропогенні, чинники, що впливають на формування стоку, пов'язані з діяльністю людини як на самих річках, так і в басейнах. До штучних чинників відносяться:

1. будівництво гідротехнічних споруд (водосховища, ставки, дамби і шлюзах на річках і ін.). Ці споруди дозволяють регулювати стік, тобто перерозподіляти його протягом року, зменшуючи або повністю затримуючи поверхневий стік. Затримуючи поверхневий стік, особливо під час паводків, гідротехнічні споруди дають можливість потім використовувати цю воду для водопостачання, зрошування і інших цілей. В даний час на крупних річках проводять регулювання стоку з| комплексним використанням водних ресурсів;

2. лісомеліоративні заходи. Безсистемна вирубка лісу збільшує поверхневий стік, робить його украй нерівномірним протягом року, лісові ж насадження зменшують і регулюють стік. Насадження відповідним чином розташовують на території водозбору, вони повинні бути певної форми і конструкції;

3. агротехнічні заходи (створення потужного окультуреного орного горизонту, снігозатримання, спеціальні прийоми обробки грунту і ін.). Орний окультурений шар грунту з дрібногрудкуватою структурою володіє великою вологоємкістю. На таких грунтах поверхневий стік малий, майже всі опади вбираються ґрунтом. При снігозатриманні на полях ґрунти менше промерзають, весною більше вбирають води, поверхневий стік зменшується.

Із спеціальних прийомів обробітку грунту слід вказати на оранку упоперек схилу, при якій коефіцієнт поверхневого стоку зменшується більш ніж в 10 разів.

Внутрішньорічний розподіл стоку. Залежно від характеру живлення річок, що обумовлюється кліматом, рельєфом і іншими чинниками, внутрішньорічний стік схильний до коливань. По характеру його розподілу річки ділять на три типи:

з переважаючою весняною повінню (велика частина території України);

з весняною повінню і літніми паводками (Карпати);

з переважаючими літніми паводками (високогірні річки) .