0Сновні гідролого-екологічні характеристики річкових систем

Характерною ознакою всякої річки і потоку є постійна або періодична течія води внаслідок дії сил гравітаційного поля планети.

Сукупність всіх річок, які впадають в головну річку, називають річковою системою. Кожна річка – це складний організм, життя якого характеризується сукупністю особливостей окремих його частин.

Головними вважають такі групи основних характеристик кожної річки:

1. Загальні характеристики річкової системи:

а) характеристики системи річки (ступінь розвитку системи, довжина рік, їх звивистість, густота річкової мережі, характеристики її озер і боліт);

б) характеристики басейну ріки;

в) кліматичні фактори (опади, температура повітря, вологість та ін.).

2. Характеристики, які відображають водопропускну спроможність елементів річки (тип долини і русла та їх похили, витрати води та її рівні).

3. Характеристики, які дають уявлення про водну ерозію (ерозійна діяльність річки і акумуляція наносів).

4. Гідролого-екологічні характеристики води у річці (фізичні і біологічні властивості, хімічний склад тощо).

Водосховища характеризують за їх об’ємом, площею дзеркала води, середньою глибиною, шириною, водообміном, проточністю (середньою швидкістю течії води) і вітрохвильовими явищами.

Основні характеристики твердого стоку – його величина за розрахунковий період, каламутність, інтенсивність і кількість донних відкладів.

Найпоширенішими гідролого-екологічними показниками є: прозорість води, її колір і електропровідність, режим сонячної енергії, термічний, водопоглинальна спроможність світла, потужність і об’єм фотичного шару, площа мілководних зон та ін.

Е кологічні аспекти життя річок

Специфічні фізичні властивості води визначають термостабільність водних мас, регулюють надходження і віддачу тепла, поширення температурних змін по глибині, рух частинок води по капілярах. Ці характеристики мають великий вплив на розвиток і хід гідробіологічних явищ.

Дистильована вода в тонких шарах безколірна, у товстих має блакитно-зелений відтінок. Вона майже не проводить електричний струм. Найбільшу щільність вода має при температурі 4°С. Якщо вода переходить у лід, то щільність зменшується до 0,9167. Плаваючи по поверхні води, лід творить теплоізолюючий шар. Вода характеризується найбільшою теплоємністю, що сприяє збереженню її температурної стійкості. Однак вода має дуже низьку теплопровідність.

Кожна водна екосистема має зону формування і характеризується зміною параметрів у просторі і часі. Зона формування водної екосистеми збігається з площею водозбору, тому її межею є вододіл річки або водойми.

Розміри зони формування екосистеми значно впливають на стійкість її функціонування. Збільшення розмірів зони визначає її велику стійкість. Ось чому екосистеми малих річок і водойм є більш чутливими до різних впливів на них, їм властиве часте порушення динамічної рівноваги.

Зміна параметрів екосистеми в природних умовах регламентована її структурою та взаємодіями з довкіллям, які й зумовлюють її динамічну рівновагу.

Під екологічною рівновагою розуміють здатність екосистеми повертатися до попереднього стану, тобто не виходити за межі інваріанту.

Нормальний стан функціонування водної екосистеми відповідає середнім багаторічним значенням її гідрологічних, біологічних і хімічних параметрів. Екстремальний спостерігається в період найбільших природних відхилень цих характеристик від норми. Коли параметри екосистеми порушуються (виходять за межі екстремальних), її рівновага руйнується, і вона сама до первинного стану повернутися не може. У тому випадку еволюційний шлях екосистеми припиняється, і вона переходить в нову якість. Наприклад, це спостерігається при будівництві великих водосховищ.

Рухома вода в річці має запас енергії, пропорційний її масі і величині падіння, яке у верхній течії річки більше. У зв’язку з цим найбільший запас енергії в одиниці об’єму води мають верхні ділянки річок з найбільшими похилами.

Енергія рухомої води витрачається на долання тертя, розмивання порід, які складають дно і береги, а також перенесення алювію.

Переважно розмив ложа річок інтенсивніший у верхів’ях; у середній течії переважає перенесення продуктів руйнування, у нижній - акумуляція. Отже, робота річки складається з процесу руйнування, перенесення й акумуляцій, які завжди відбуваються одночасно, хоча на різних ділянках річки виявляються з різною інтенсивністю, що дає змогу виділити серед них головні процеси.

Робота річок, спрямована на поглиблення русла (глибинна ерозія), спостерігається переважно у верхній течії річки. У середній і нижній переважає робота, спрямована на розширення русла (бокова ерозія). У початковій стадії кожна річка характеризується енергійним виявом глибинної і бокової ерозії. Це стан переважного врізання річки, а сама ріка молода. Така річка постійно має тенденцію до врізування і поглиблення свого русла, і падіння її зумовлює такі швидкості течії, які здатні перенести увесь матеріал, що потрапляє у річку; долина її, звичайно, вузька, потік займає все дно, заплава відсутня, течія швидка з бистринами і водопадами, схили круті, тераси відсутні. Екосистема в такій річці розвивається інтенсивно. З часом обидва види ерозії у річці слабнуть, причому глибинна більше, ніж бокова, коли річка досягне профілю рівноваги (опір ложа дорівнюватиме ерозійній енергії річки) настає стадія зрілості ріки, яка характеризується розширенням долини.

Зріла річка не поглиблює свого русла, а лише переносить продукти бокової ерозії. Порогів і водопадів на ній, як правило, немає, але з’являються перекати – місця переходу одного плеса до іншого. Долина ріки широка, терасована. Процес формування екосистеми річки завершився. Гідробіологічні, фізичні і хімічні її компоненти набули динамічної рівноваги. Вплив біологічних процесів на фізичні і хімічні продовжує посилюватися. Протягом тривалого руйнування водою, вітром та іншими чинниками поверхня землі вирівнюється зі зниженням вододілів і підвищенням дна долин річок.

У зв’язку з цим падіння річок та їх похили зменшуються, послаблюється також врізання долин, що зумовлює зниження енергії річок, їх дренуючої здатності і стоку води. Збільшується кількість і величина меандр. Коли річки, їхні притоки, а також русла тимчасових потоків, виробляють так званий профіль рівноваги, настає стадія старості річки. У режимі стоку з’являються характеристики, близькі до озер. Роль біологічних чинників у екосистемі продовжує посилюватися, біологічна продуктивність зростає.

Настає період, коли в особливо посушливі періоди річка пересихає і перетворюється в ланцюг озер. Утворені озера прогріваються, мають велику прозорість води, дно не піщане, а мулисте. Еволюція систем типу «суша – річка – озеро (водосховище) – болото – суша» продовжується тисячі або мільйони років. Інтенсивність перетворень спричинюється ендогенними і екзогенними процесами.

На функціонування екосистем водойм і водних потоків великий вплив має антропогенний чинник. Найуразливішими є русла річок, заплави та тераси.

Недостатньо продуманий і науково необґрунтований антропогенний вплив на басейни малих річок (будівництво великої кількості водосховищ, вирубування лісів на великих площах, розорювання долин річок, особливо заплав) також інтенсифікують ці зміни. Прикладом може служити басейн ріки Красної, правої притоки Дніпра, довжиною 48 км. Поверхня водозбору цієї річки майже розорана, поля і городи доходять до краю русла, що призвело до ерозії і замулення, річка перетворилася майже у потік.

Осушення боліт і збільшення розораності угідь у басейнах Случі, Ужа, Тетерева також спричинили водну ерозію, відповідно зростання каламутності цих річок у 3-4 рази. Господарська діяльність часто порушує екологічну рівновагу. Наслідки антропогенізації виявляються на всіх рівнях екосистеми і біосфери в цілому. Нерегламентована господарська діяльність на річках без відповідних профілактичних заходів викликає зменшення їх водності, зниження біологічної продуктивності і якості води. Тому діяльність людини повинна регламентуватися на всій площі басейну. Потрібно розробити гідролого-екологічні принципи, норми, критерії і рекомендації, які б регламентували різні аспекти господарської діяльності людини в басейнових системах.

Швидкість течії є одним з показників віку річкової системи. Зменшення швидкості течії (природне або штучне) прискорює старіння річки та її еволюційні перетворення. Тому створення водосховищ на річках прискорює перетворення їх в озера. З побудовою каскаду дніпровських водосховищ середні швидкості течії зменшились від 44-77 до 1,7-7,6 см/с. Найбільші зменшення швидкостей (до 1,7-2,1 см/ с) на Кременчуцькому і Каховському водосховищах.

Для сповільнення процесу старіння на річках слід будувати невеликі водосховища, особливо на рівнинних ріках з невеликими швидкостями течії.

З будівництвом каскаду водосховищ на Дніпрі і зменшенням у зв’язку з цим швидкості течії інтенсифікувались процеси відкладення мулу. Наприклад, потужність мулу в Запорізькому водосховищі місцями перевищує 2 м. Замулення водойм відбувається зі швидкістю 0,69-3,14 см/рік. Рослинність долин і заплав рік є своєрідним фільтром, який затримує частинки ґрунту. Розорювання долин, а особливо заплав, збільшує надходження в русла продуктів водної ерозії. У майбутньому водосховища поступово перетворяться в мулосховища.

Зменшення швидкостей течії води та інтенсифікація процесів седиментації сприяли значному збільшенню прозорості води і глибини поширення сонячної енергії. На дніпровських водосховищах прозорість води в середньому збільшилася удвічі, що спричинило збільшення потужності шару первинної біологічної продукції у середньому в 2,2 рази, його об’єму в середньому в 29 разів. У результаті збільшилась біологічна продуктивність, інтенсифікувались процеси деструкції і нагромадження мулів органічного походження.

На водосховищах Дніпра значно розширилися зони мілководдя (від 5,1 до 39 % площі водосховищ). Вони зайняті хащами переважно вищої водної рослинності (Яцик А.В., 1992). Ці зони характеризуються малими глибинами, зниженим турбулентним перемішуванням води, великою нагрітістю, що інтенсифікує гідробіологічні процеси: біологічну продуктивність на одиниці площі мілководь, збільшення органічних нагромаджень і перехід деяких периферійних ділянок у болото і сушу. Останнє веде до зменшення поперечного перетину водосховища і збільшення швидкості течії в ньому. Так, екосистема виправляє ті хиби людини, які вона допустила, коли проектувала і будувала водосховища.

Е кологічні проблеми деяких водних систем України

Азовське море. Азовське море належить до внутрішніх водойм. Його площа – 38840 км², найбільша довжина – 380 км і ширина – 200 км, об’єм води перевищує 300 км³. Азовське море – найбільше мілководне у світі, середня глибина його всього 3 м, а найбільша – 14 м. воно є також найбільш продуктивним морем планети. З кожного гектар водного дзеркала Азовського моря добувається риби в 6 разів більше ніж на Каспії, у 8 разів більше, ніж на Балтиці, ї у 25разів – ніж у Чорному морі.

Азовське море сполучається з Чорним морем через Керченську протоку. При невеликій площі і малому об’ємі Азовське море отримує досить багато річкової води – до 12% об’єму води моря. Таке відношення – найбільше серед усіх інших морів. Дон – одна з найбільших річок, які живлять Азовське море.

Солоність води в Азовському морі в три рази менша за середню солоність океанічної води.

В Азовському морі мешкає більше 300 видів і підвидів риб, серед яких багато ендемічних і реліктових, прісноводних та напівпровідних. За запасами осетрових це море посідає друге місце у світі після Каспію.

Деградація Азовського моря почалася з моменту збільшення солоності його води внаслідок зменшення надходження в нього річкової води та забруднення природних вод басейну моря. До зменшення річкового стоку привело будівництво гребель і водосховищ на річках Дон і Кубань. Так, Цимлянське водосховище і зрошувальні системи в низов’ях Дону забирають у моря більше 100 км³ річкової води. Вода з Кубані розбирається на зрошувальні роботи в сільському господарстві Ставропольського краю (4 км³ щорічно).

Нестача прісної води почала заміщуватися солоними водами Чорного моря. В Азов щорічно надходить 30-40 км³ гірко-солоної чорноморської води. Процес осолонення є стійким і якщо солоність досягне критичного рівня (15‰), то процеси деградації морської екосистеми стануть незворотними і Азов може стати подібним до Кара-Богаз-Голу.

Скидання забруднених стічних вод, зокерма, металургійного комбінату, складає 8 млн. м³. Так, «Азовсталь» у своєму виробництві використовує тільки морську воду, щоденно прокачуючи в систему охолодження своїх агрегатів близько 2,5 млн. м³ води. Зараз обсяги скидів промислових стоків цього промислового об’єкта дещо зменшилася насамперед унаслідок падіння обсягів виробництва. Велику частку в забрудненні складають пестициди і добрива, побутові відходи і каналізаційні стічні води.

Азовське море – зона екологічної катастрофи. Щоб її усунути, необхідно стабілізувати режим солоності води шляхом різкого скорочення безповоротного вилучення річкового стоку і зниження рівня забруднення.

Вивчаються можливості будівництва греблі між Азовським і Чорним морями з метою обмеження надходження в Азовське море солоних чорноморських вод, розробляються варіанти біомеліорації басейну Азовського моря, реконструкції іхтіофауни та ін. ці заходи потребують наукового обґрунтування і прогнозування можливих нових змін в екосистемі Азовського моря.

Одна з причин зникнення осетрових риб в Азовському морі – браконьєрство. До речі, російський уряд планує ввести державну монополію на виробництво і експорт чорної ікри. А міжнародні природоохоронні організації вже запропонували заборонити торгівлю ікрою, щоб зберегти від повного знищення промислові сорти осетрових риб.

Україна і Росія у 2001 році призупинили промисел осетрових риб у басейні Азовського моря, домовившись виловити не більше 130 т осетра, севрюги і білуги для наукових цілей (квота України – 15 т). з 2001 року в азовському морі заборонений промисел оселедця.

Чорне море. Площа чорного моря складає 413488 км², середня глибина – 400 м, максимальна майже в центрі – 2211 м. На поверхні спостерігається кисневе насичення, у той час як на глибині 100 м кисню у 20 разів менше. З глибини 180-200 м починається сірководнева зона, в якій кисень та організми, що дихають (аероби) відсутні.

Сірководнева зона займає майже п’ять шостих об’єму моря. Це мертва зона, на межі якої живуть сіркобактерії, що підтримують своє життя за рахунок енергії окиснення сірководню. Сірководневі зони виявлені в Карибському та інших морях. Проте чорноморська сірководнева зона найпотужніша і найскладніша, що дає підстави вважати його унікальною водоймою світу.

Водозбірний басейн Чорного моря охоплює майже половину континентальної Європи, основний стік припадає на річки Дунай, Дніпро, Дон, Ріоні, Інгурі, а також на безліч малих річок. Солоність води в Чорному морі – лише 18‰ (середньо океанічна 35‰). На дні вона солоніша і тому має більшу густину, у зв’язку з чим вертикальна циркуляція води слабка.

З 23 видів промислових риб, які добувалися в 1965 році, залишилося лише п’ять. У 1957 році в Чорному морі була велика популяція дельфінів, їх вилов щорічно складав 35 тис. особин. Через різке скорочення їх кількості вилов давно заборонений.

17 європейських країн забруднюють Чорне море. Одним із провідних факторів, що формують екологічний стан морських вод, є забруднення, що надходять у Чорне море зі стоками великих європейських річок. Щороку з ними в море потрапляють сотні тонн забруднюючих речовин. Це стосується в основному біогенних речовин, мінеральних добрив, пестицидів та нафтопродуктів.

Із загальної кількості промислових і побутових стічних вод (близько 1 км³), що надходять щорічно в Чорне море, 60% дають Дніпро, Дністер і Дунай, до 20% - узбережжя Північного Кавказу, майже 10% - район Севастополя і по %% - узбережжя Одеси, Південний берег Криму і берег Грузії. Води Дунаю приносять стічні води з високим вмістом азоту і фосфору в 12 разів більше, ніж води Дніпра. У 3,5 рази більшим є також показник Дунаю за нафтопродуктами. Нафтопродукти в Чорне море потрапляють у результаті випадкових і експлуатаційних зливів суден, аварійних ситуацій.

За вмістом фенолів найбільшу небезпеку для Чорного моря становлять підприємства в Стамбулі, Лінці, Будапешті, Белграді, Тирасполі, Могильові, Києві, Черкасах, Дніпропетровську, Нікополі, Миколаєві, Ростові-на-Дону, Констанци, Братиславі, Кременчука і Дніпродзержинська. Ці дані дозволяють виявити першопричини розвитку в морі несприятливих екологічних явищ, встановити конкретних винуватців морських екологічних криз.

Особливості басейну ріки Дніпро

Стан р. Дніпро має виключно важливе значення для українського народу. Наразі Дніпро забезпечує водою не тільки водоспоживачів у межах його басейну. Він є головним, а подекуди і єдиним джерелом водопостачання великих промислових центрів півдня і південного сходу України. Каналами Дніпро-Донбас, Північнокримським та Каховським щорічно перекидається 5-6 км³ стоку за межі басейну.

Рис. 2.3. Показники забору та використання води з басейну Дніпра (млн.м³)

В цілому Дніпро забезпечує водою 2/3 території України, близько 30 млн. чол., 50 великих міст і промислових центрів, близько 10 тис. підприємств, 2,2 тис. сільських і понад 1 тис. комунальних господарств, 50 великих зрошувальних систем і 4 атомних електростанції (рис.2.3).

Водночас водні ресурси басейну використовуються вкрай нераціонально. За даними Ради по вивченню продуктивних сил України Національної Академії наук, використання води питної якості на технологічні потреби становить близько 50%. В той же час приблизно 90% потреби можна задовольняти за рахунок повторного використання води в системах промислового та комунального водозабезпечення. Втрати води під час транспортування становлять більш як 20%, у промисловості – 20-30%.

Найбільшим споживачем водних ресурсів є сільське господарство. В цій галузі використовується 5 км³ води, або близько 30% у цілому. На відміну від промислового виробництва, де безповоротне водопостачання не перевищує 20-25%, в сільському господарстві найбільші безповоротні втрати (близько 80%).

Зі стічними водами скинуто 1209 тонн забруднюючих речовин.

Термінового розв’язання потребує проблема забруднення деяких територій басейну, спричиненого антропогенною діяльністю. Так, надзвичайно складна екологічна обстановка склалася у районах міст Узина із загальною площею забруднення нафтопродуктами близько 100 км², Білої Церкви, де під загрозою існування опинився дендрологічний парк «Олександрія».

Ситуація в басейні Дніпра ускладнюється значним рівнем розвитку ерозійних процесів та берегоруйнування. Розораність території водозабору досягла 65%, а в Херсонській області і басейнах деяких малих річок – 80-85%, тоді як норма становить до 40%. Лісистість території басейну в середньому досягає 14%, толі як норма становить не менше 30%.

Довжина берегової лінії Дніпровських водосховищ становить 3079 км, причому 1110,9 км – це абразійно-ерозійні береги, які потребують закріплення. Усього необхідно закріпити 302,7 км берегів водосховищ. Внаслідок руйнування берегів вже втрачено 6176 га землі. За останні 35 років до водосховищ надійшло 337 млн. м³ продуктів руйнування берегів.

Малі річки басейну Дніпра, які становлять понад 90% річкової мережі басейну, зазнають надзвичайного антропогенного навантаження. Обсяг водозабору з них досягає 2,1 км³ за рік. До них скидається 15% усіх стічних вод у басейні. Висока розораність земель, надмірна насиченість їх просапними культурами, недостатня лісистість водозаборів посилюють ерозійні процеси, забруднення і замулення річок та водойм продуктами ерозії.

Перелічені фактори у сукупності призвели до деградації всієї екосистеми басейну Дніпра, зокрема до погіршання якості води. Аналіз багаторічних спостережень показав, що найпоширенішими забруднюючими речовинами річок басейну Дніпра є нітрити, азот, амоній, біогенні та органічні речовини, важкі метали, нафтопродукти та феноли. За рівнем хімічного і бактеріального забруднення вода більшості річок басейну Дніпра класифікується як забруднена та брудна.

Аналіз екологічного стану басейну Дніпра та його тенденцій дає підставу зробити висновок, що переважно екстенсивне водоспоживання майже в усіх галузях господарства (за запасами водних ресурсів у розрахунку на одиницю площі і на одного жителя Україна займає одне з останніх місць серед країн Європи, а за водоємністю валового суспільного продукту перевищує їх у кілька разів), зростання загальних обсягів непродуктивних витрат води, помітне скорочення потенціалу водних ресурсів внаслідок забруднення і виснаження водних джерел зумовлюють необхідність вжиття широкомасштабних заходів щодо поліпшення використання вод.

Малі річки, їх особливості та значення для розвитку суспільства