Розділ 3. Еколого-географічна характеристика запорізького водосховища
Запорізьке (Дніпровське) водосховище знаходиться на території Дніпровської та Запорізької адміністративних областей України. Основна його орієнтація – з півночі на південь. Водосховище було споруджене на порожистій та середній частинах р. Дніпро у1931 – 1934 рр. у результаті побудови греблі Дніпрогес. У 1941р. греблю було підірвано, і водосховище перетворилося на річкову ділянку. Греблю було знову споруджено, водосховище заповнено у 1947 р. Знизу водосховище обмежене греблею Дніпрогесу у м. Запоріжжя, зверху – греблю Дніпродзержинської ГЕС у м. Дніпродзержинську.
Площа водозабору водосховища дорівнює 463000 км². Довжина водосховища – 128,5 км, мінімальна ширина – 600 м, максимальна – 4,5 км, площа при НПР дорівнює 28838 км². Максимальна глибина водосховища (біля греблі Дніпрогесу) - 60, середня – 8 м. Висота НПР – 51,4 м, добова і тижневі коливання рівня – до 0,7 м. Водообмін Дніпровського водосховища характеризується такими величинами: повний об’єм – 3,3 км³, корисний – 0,84, середній річний стік – 51,8, водообмін – 15,7 раз на рік. За класифікацією В. і. Жадіна (1961), водосховище належить за генезисом та місце розташуванням до рівнинно – річкових, за конфігурацією – до лощинних чи руслових.
Територія, у межах якої розташоване водосховище , належить до Північної степової зони України. Правий берег водосховища знаходиться у степовій зоні Придніпровської височини. Орографічно область є підвищеною хвильовою рівниною, яка багата на балки. Лівобережжя водосховища знаходиться у степовій зоні Придніпровського пониззя, яке розподіляється на дві частини: північну, якій притаманне поєднання долинних заплавних, надзаплавно – терасових та степових типів місцевості зі слабо розвинутою балочною системою, та південну, яка простяглася від колишнього гирла р.Самара до греблі Дніпрогесу. В останній частині широко розвинуті яро – балочні та долинно – балочні структури рельєфу.
Радіаційний режим території водосховища характеризується такими показниками: кількість годин сонячного світла - від 1911 в районі м. Дніпропетровська до 2086 в районі м. Запоріжжя; сонячна радіація , відповідно, 12,5 – 12,6 МДж/м²/добу; радіаційний баланс – 10,5 МДж/м²/добу.
Клімат характеризується як помірно – континентальний зі спекотним засушливим літом та напівзасушливим періодом у травні й вересні. Середня кількість опадів у центрі району (м. Дніпропетровськ) – 472 мм, 2/3 з яких випадає у вигляді дощів влітку. Зима характеризується періодичними відлигами з підвищенням температури повітря інколи до + 14 ° С.
Район знаходиться на лінії вітрового розділу , у напрямку Кишинів – Луганськ, по обидва боки від котрої домінують вітри різних напрямків: до півночі – із західною стабільною орієнтацією; до півдня – зі східним більш стабільним напрямком. Середньорічна кількість опадів складає 453 мм, з яких майже 2/3 випадає у вигляді дощів влітку. Річна кількість випаровування майже в 2 рази вище за кількість опадів.
У геологічному відношенні більша частина території являє собою підвищену рівнину, фундаментом якої є Український кристалічний щит , вкритий шаром третинних та четвертинних відкладень – червоно – бурих глин, лесів, лесоподібних суглинків . Частково у геоструктурному відношенні водоймище належить до Дніпровсько – Донецької западини. Так , правобережжя водоймища повністю знаходиться на кристалічному щиті, вкритому сильно розчленованим піщано – глинистими третинними відкладеннями; антропогенний покрив на водо розділах представленний лесовою товщею, а в річкових долинах і балках – древнім і сучасним алювієм.
Потужність третинних й антропогенних відкладень – до 100 м. Основною ґрунтоутворюючою породою є лесоподібні важкі суглинки, у грунтовому покриві переважають важко суглинисті й глинисті звичайні чорноземи, на півночі з товщиною гумусного шару 75 -85 см, на півдні –малогумусні з товщиною гумусного шару 60 – 70 см. Лівобережжя водоймища має більш складну геологічну будову, яка складається з різноманітних геоструктур них елементів, у яких головну роль відіграють палеогенові й неогенові, а також глинисто – піщані відкладення. У формуванні антропогенного покриву беруть участь красно бурі глини й багатоярусна серія лесів потужністю 20 -25 м. Долини рік складені алювіальними шаруватими пісками, супіщаними й глинистими відкладеннями, одно – двоярусною товщею лесоподібних суглинків. Основу ґрунтоутворення становить важкий суглинковий лес , на лесових терасах Дніпра – більше легкого механічного складу, на інших терасах – алювіальні піски, піщанисті супіски, лесоподібні суглинки. У грунтовому покриві переважають звичайні средньогумусні чорноземи з потужністю гумусового шару 70 – 75 см, а в заплавах грунти мають содове замулення й окремі плями хлоридно – сульфатних солончаків.
На території водосховища виділяють такі типи ландшафту:
1) Приводороздільно – балочний, де у минулому переважали зональні степові біоценози (балки та яри у деяких місцях повністю прорізають четвертинні відкладення до товщі пісків полтавської смуги йопісчанених глин харківської смуги палеогену). 2) Придолинно – балочний, схожий з попереднім, але який межує з річними долинами та добре дендруєтся. 3) Долинно – терасовий, долина Дніпра та його притоки.
Головними геоморфологічними елементами у районі водосховища є тераси річних долин, водно – ерозійні форми рельєфу ( балки, яри, водо роздільні плато, зсуви). Особливістю річища Дніпра на місці Дніпровського водосховища є наявність двох дуже різних частин:верхньої (від м. Дніпродзержинська до гирла р. Самари) з широкою терасованою долиною та розвинутою придатковою системою річки (велика кількість рукавів, озер та ін..) і ниж6ьої ( від гирла р. Самара до м. Запоріжжя) – канцоно – подібної, де р. Дніпро протікає розломом Українського кристалічного щита завширшки 1,5 – 2.,5 км. Останнє зумовлює таку особливість геоморфології руслового рівнинного Дніпровського водосховища,як відсутність розробленої терасованої долини у нижній частині.
Найбільш давньою є 4 надзаплавна давньочетвертинна тераса , яка має найвищий гіпсометричний рівень (120 – 130 м). Ця тераса складена піщано – глинистими відкладенями та еолово – делювіальними лесоподібними суглинками та супісками, що вкривають їх. Третя тераса частково збереглася у ніжній частині водосховища, де вона вузькою смугою простяглася від греблі до с. Федорівка на правобережжі та до с. Ульянівка – на лівобережжі. Вона складена середньо – четвертинними різнозернистими пісками та супісками. Друга надзаплавна тераса розвинута на обох берегах до півночі греблі Запорізької ГЕС,а також у верхній частині водосховища та у гирлі р. Самари. Вона складена верхньочетвертинними алювіальними різнозернистими пісками, вкритими еолово – делювіальними лесоподібними супісками та суглинками. Перша надзаплавна тераса збереглася лише у верхній частині водосховища, головним чином на лівобережжі, у пригирловій частині р. Самари та фрагментарно – у нижній частині. Вона складена алювіальними пісками нового відділу з прошарками суглинків та супісків. Ця тераса представлена у верхній частині водосховища, у гирлі р. Самара та у долинах приток. Водороздільні плато та схили складають 58% периметра водоймища. Плато поділені балками та ярами. Менше 1% периметра водоймища займають зсувні береги; вони зустрічаються лише порожистій частині. У прибережній зоні водосховища виділяють такі типи берегів: абразивно – обвально – осипний, абразивно – зсувний, ерозійний, акумулятивний. До самостійного типу належать стійкі береги.
За проектом І. Г. Александрова, період повного замулення водоймища було визначено у 160 років. Але він не враховував зниження інтенсивності замулення з часом , через те , що находження продуктів переформування берегів знижується внаслідок зміцнення берегової лінії макрофітами, а скиди наносів у нижній б,єф у міру їх накопичення у пригреблевій частині збільшуються.Тому час заповнення об’єму водосховища набагато перевищить час, який був визначений І. Г. Александровим.
Водосховище розташоване на межі агроґрунтових степових провінцій: Лівобережно – Дніпровської і Правобережно – Дніпровської, у яких переважають чорноземи звичайні, малопотужні средньогумусні з потужністю гумусового горизонту близько 40 см. Перехідний горизонт має межу з материнською породою на глибині 75 -78 см. У межах приводороздільно – балочного ландшафту на верхній і середній частинах схилів грунту середньо змиті й сильно змиті, а в нижній третині – намиті ( делювіальні).В умовах долинно – терасового ландшафту ґрунтоутворюючими породами є піски й опіщанені суглинки, на яких у заплавх рік формуються лугові, лучно – лісові й болотні грунти. На других терасах – дерено – борові, піщані.На третіх – засолені грунти: солончаки, солонці й солодці. Під байрачними й штучними лісами формуеться чорнозем лесополіпшений багато гумусний і середньо гумусний, важко суглинковий і середньо суглинковий на лесах і лесоподібних суглинках.
За умовами залягання, агрономічними властивостями і характером використання грунту водоохоронні зони об’єднані в 4 грунтовомеліоративні групи: лучно – чорноземні, дернові й еродовані. Їхні відносні площі, що займають у межах водоохоронної зони водоймища 56,7 тис. га, становлять лучно –чорноземні слабо солонцюваті легко суглинисті – 11,7% ; лучно – чорноземні слабо солонцюваті легко суглинисті – 5,3%; лугові солонцюваті легко – й средньосуглинкові в комплексі із солонцями -4,7%; дернові піщані еродовані - 66,1%.
До водоохоронної зони входять території по обидва береги водоймища із середньою шириною 1,2 км. І площею 66,57 тис. га .З них 49,6% займають сільськогосподарські угіддя , 8,4 – землі населених пунктів, 2 – колгоспні ліси, 33,7 – держлісфонд. У господарствах водоохоронної зони зосереджено 21 тис. га. Зрошуваного рілля. Рослинність водоохоронної зони водосховища представлена в основному агроценозами та степовими угрупованнями, лісистість складає лише 22,5% .
Зональний тип рослинності району дослідження – різнотравно – типчаково – ковильні степи. Степова рослинність збереглася тільки на крутих схилах і водоохоронних смугах припливів, де вона змінена випасом й являє собою типчакові, молочайні й полинові пасовища. З усієї території трав, трав’янистої рослинності( 4165 га. ) у водоохоронній зоні степові пасовища й косовиці займають 2965 га. Вони сформовані на змитих грунтах схилів, де зволоження відбувається тільки за рахунок опадів. Все це плюс інтенсивний випас обумовили зрідження травостою, проективне покриття якого не перевищує 45 – 50 %. У травостої переважають злаки (25 -30 % ) і разнотрав’я ( 20 25 % ).
Більшим різноманіттям відрізняється рослинність території долинно – терасового ландшафту. На других терасах ( в долині Дніпра, а також на островах і прирусловій заплаві) формується псамофіт ний різнотравно – типчаково – пісчаноковильний степ, іноді з перевагою псамофітів. Ділянки псамофітного степу перемежовуються з природними сосновими лісами. У заплавах рік широко представлена інтразональна рослинність: лугова,болотна,водна. Лісова рослинність заплав представлена осокорниками, верболозами, а також дібровами, які краще розвинуті в притоках, що заливаються короткочасно; тут можна зустріти солонцеві луги й навіть солончаки з галофітною рослинністю, характерною для третіх терас. У межах водоохоронної зони заплавні луги займають 480 га. Вони сформувалися на лучно–чорноземному і дерновому піщаному ґрунтах в умовах періодичного затоплення і представлені різнотравно – злаковою рослинністю, у тому числі 25 – 30% злаків, різнотрав’я 20 – 25 %, бобові 5 -15 %.
Мілкозаплавні та балкові луки мають обмежене поширення ( 480 га.) і сформувалися на лучно – чорноземних грунтах в умовах полугідроморфного режиму. Вони складені різнотравн -злаковою рослинністю з трохи більшим проективним покриттям ( до 80% ) і врожайністю зеленої маси ( до 70 ц/га). У балках приводороздільно – балочного ландшафту є байрачні ліси з типовими липо – ясеневими дібровами. Лісистість водоохоронної зони Запорізького водоймища досягає 22,5% , площа лісів і лісонасаджень -15 тис. га. При цьому ліси нижньої частини представлені штучними лісосмугами вздовж берегів і схилів балок: дубовими, біло акацієвими, тополевими та ін..
При районуванні Запорізького водоймища були прийняті такі таксономічні одиниці: плесо, частина, район, мілководний підрайон. У зв’язку з тим , що водоймище утворене в основному на затоплених долинах Дніпра і Самари , його акваторія поділена на 2 плеси : Головний Дніпровський і Крайовий Самарський.
Поділ Дніпровського плеса на частини, а Самарського – на райони заснований на розходженні морфології ложа, морфометрії водоймища, глибин, островність, типу переважних за площею мілководь. При поділі на райони основними критеріями стали: ступінь затоплення , гідрологічні показники (швидкість плину, хвильові процеси), фізичні й хімічні показники якості води, ост рівність, характер мілководь і ступень їх заростання, співвідношення мілководь і глибоководь, Підрайони поєднували відособлені й однорідні (тип переважних ґрунтів, загальний характер біотопів) мілководдя в межах районів.
Уперше екваторіальний розподіл Запорізького водоймища зробив Д.О.Свиренко (1938) .З огляду на будову долини Дніпра , морфологію ложа й ступінь затоплення, він поділив водоймище на дві частини: верхню – від місця виклинцьовування ( м. Верхньодніпровськ) підпору до колишньої порожистої ділянки й нижню – колишню порожисту. У верхній частині він виділив дві ділянки : верхню майже не змінену у результаті підтоплення, й нижню, де мало місце більше підтоплення островів і заплави. Свиренко також виділяє Самарську затоку, називаючи її Самарським озером.
Г. Б. Мельников, ґрунтуючись на швидкості течії й гідробіологічних показниках, поділяє Запорізьке водосховище на три ділянки: верхню річкову; середню перехідну і нижню озерну. Інші автори і Свиренко виділяють на Запорізькому водоймищі верхню й нижню частини, що різко відрізняються. З урахуванням наведених вище матеріалів на Дніпровському плесі виділяють дві частини: верхня (від греблі Дніпродзержинськой ГЕС до с. Старі Кодаки) і нижня ( від с. Старі Кодаки до греблі Запорізької ГЕС).
На берегах водосховища розташовано багато населених пунктів, зокрема великі індустріальні центри – м. Дніпропетровськ, м. Запоріжжя, м. Дніпродзержинськ. Зростаючі витрати води із водосховища на потреби комунального господарства, промислового та сільськогосподарського виробництва впливає негативно на його санітарний стан. Найбільшого антропогенного навантаження зазнають верхня ділянка водосховища та впадаючі у неї ріки, внаслідок скидів неочищених або недостатньо очищених стічних вод. Водосховище – складна екологічна система, що накопичує і перерозподіляє водний стік річок. Антропогенний вплив на екосистему Запорізького водосховища значно сильний за рахунок зростання гірнорудної, металургійної, хімічної індустрії та сільського господарства.
Якщо в річці стічні води рухаються тільки за течією, то у водосховищі внаслідок дії вітру вони можуть змінювати напрямок руху навіть проти течії, особливо у поверхневому шарі. Під дією промислових стічних вод зазнає змін ферментативна активність бактеріопланктону, що призводить до зниження інтенсивності само очищувальних процесів водоймища. Вивчення цих змін має важливе значення для оцінки можливостей використання води в різних галузях народного господарства, а також для розробки наукових основ охорони від забруднення водних ресурсів країни.
У воді спостерігалися зміни у співвідношенні іонів сольового складу. Це відбувалося як за рахунок зарегулювання, так і збільшення кількості різних стічних вод та за рахунок збільшення антропогенного навантаження на водозбірної площадки на воду водосховища. Неоднорідність хімічного складу спостерігається в місцях впадіння вод р. Самари та р. Мокра Сура, а також на ділянці скиду стічних вод м. Дніпродзержинська. Внутрішньорічне коливання мінералізації зменшується вниз за течією Дніпра. Попри те, що відбувався деякий перерозподіл між окремими іонами, вода залишилася гідрокарбонатно-кальцієвою.
Жорсткість води характеризується наявністю у воді розчинених солей кальцію та магнію. У багаторічному аспекті спостерігається поступове збільшення середньорічних значень жорсткості води, що може бути пов’язане із значним антропогенним навантаженням на водну екосистему, внаслідок скиду стічних вод у водосховище.
Значення рН води Запорізького водосховища коливалися в межах 7,80–8,35 у поверхневому шарі та 8,00–8,90 – у придонному. Восени ці значення складали відповідно 7,50–10,65 у поверхневому шарі та 7,65–8,80 – у придонному. Значення рН 10,65 спостерігалося на станції відбору поблизу
с. Військове у вересні, що могло бути пов’язано з інтенсивними фотосинтетичними процесами.
Вміст розчиненого у воді кисню є одним з найважливіших гідрохімічних показників, який визначає інтенсивність відновних і окислювальних процесів у водосховищі. Витрата розчиненого кисню відбувається за рахунок процесів окиснення органічних речовин, під час дихання та розкладання рослинних і тваринних організмів. За останні роки насиченість води киснем значно знизилася, що вказує на забруднення водосховища промисловими і побутовими стоками.
Антропогенна евтрофікація дуже негативно впливає на прісноводні екосистеми. Коли вміст у воді фосфору та азоту перевищує критичний рівень, прискорюються життєві процеси водних організмів. Як наслідок, починається масовий розвиток планктонних водоростей ("цвітіння" води), вода набуває неприємного запаху і присмаку, її прозорість знижується, збільшується кольоровість, підвищується вміст розчинених і завислих органічних речовин. Перенасичення води органічними сполуками стимулює розвиток сапрофітних бактерій, водних грибів, різко загострюючи епідеміологічну обстановку. При надлишку органічної речовини у воді утворюються стійкі органомінеральні комплекси з важкими металами, в деяких випадках більш токсичні, ніж самі метали. На окислення величезної кількості новоутвореної органічної речовини витрачається значна частина розчиненого у воді кисню – виникає кисневий дефіцит.
Перманганатна окислюваніть показує загальне забруднення води органічними речовинами. Мінімальні значення ПО спостерігалися взимку. Весною висока окиснюваність обумовлювалась змивом з ґрунту паводковими водами великої кількості органічних речовин. Високі показники окислюваності можна пояснити декількома причинами: рясним розвитком фітопланктону й інтенсивним фотосинтезом; надходженням у водосховище гумінових сполук з витоків річки; скиданням промислових і побутових стоків. Сезонні зміни характеризуються збільшенням значень ПО у літньо-осінній період, коли у воді активно розвивається фітопланктон і велике значення мають внутрішньоводоймищні процеси. Влітку на глибоководних ділянках водосховища спостерігається стратифікація ПО, інколи зі зменшенням значень ПО біля дна. Пояснюється це тим, що основна частина (80%) органічної речовини відмерлого фітопланктону залишається у товщі води, і лише близько 20% осідає на дно. Влітку ПО води складала в середньому близько 20 мг О/л у поверхневому шарі і близько 15 мг О/л біля дна. Восени значення ПО помітно знизились (15,0 та 11,0 мг О/л відповідно). Ці значення ПО води вище тих, що спостерігались у попередні роки.
Важливим гідрохімічним показником є вміст амонійного азоту (NH4+). Максимальний вміст амонійного азоту спостерігаються влітку, коли при високих температурах води активно мінералізується органічна речовина. Взимку його концентрації мінімальні. В районі скиду стічних вод заводу
ім. Петровського концентрація амонійного азоту мала максимальні значення як влітку (0,50–3,90 мгN/л), так і восени (3,88–5,04 мгN/л). Високі показники амонійного азоту у воді цього району водосховища вказують на антропогенне забруднення. Причинами підвищеного вмісту амонійного азоту у водосховищі можуть бути: низький вміст кисню у воді, що уповільнює процеси нітрифікації; активні процеси бактеріального розкладу органічних речовин із виділенням амонійного азоту.
Біохімічне споживання кисню дає можливість вираховувати відносний вміст у воді нестійкої, швидкоокислюваної органічної речовини і значною мірою відображає інтенсивність процесів її мінералізації. БСК5 влітку 0,72–2,76 (поверхневий шар) та 0,67–3,36 мгО2/л (придонний шар). Восени значення БСК5 дещо нижчі, відповідно 0,17–2,32 та 0,19–2,38 мгО2/л. При аналізі середніх величин БСК5 було відзначено, що найменше значення цього показника спостерігається біля скиду стоків заводу ім. Петровського, що пов’язано з токсичною дією його стічних вод на бактеріопланктон. Взимку значення БСК5 були нижче, ніж влітку та восени, що вказує на уповільнення процесів окислювання органічних речовин в умовах низьких температур та пригнічення водної бактеріофлори токсичними речовинами стічних вод.
Спостерігається зниження каталазної активності. Фізіологічна активність угрупувань бактерій та їх біохімічна активність – важливий показник стану екосистеми. За значенням каталазної активності можна встановити інтенсивність антропогенного навантаження на водоймище, оскільки різке зниження значень каталазної активності відбувається за умови потрапляння у водосховище токсичних речовин, тобто промислових стічних вод.
В умовах забруднення Запорізького водосховища великі за розміром види зоопланктону заміщуються дрібними, які краще адаптуються до умов середовища завдяки короткому життєвому циклу. Головними факторами, які негативно впливають на розвиток зоопланктону водосховища, є вміст нафтопродуктів та важких металів. Підвищення біомаси зоопланктону у весінній період пов’язане з «цвітінням» діатомової водорості Melosira.
Зниження течії та концентрації важких металів поряд зі зростанням концентрації органічної речовини, чисельності фіто– та бактеріопланктону зумовило зростання біомаси зоопланктону (750,2 мг/м3) у нижній частині Самарського плеса порівняно з верхньою частиною (208,1 мг/м3). Верхня частина плеса зазнає найбільше навантаження важкими металами з боку шахтних вод Західного Донбасу, зниження впливу важких металів в умовах нижньої частини плеса викликано створенням ними з органічними сполуками халатних комплексів та переведенню їх у донні відкладення. За рахунок безпосереднього впливу стоку заводу ім. Петровського, зливостоку з набережної м. Дніпропетровська та комунально-побутових стоків гирла
р. Мокра Сура, рибопродуктивність, яка створюється завдяки зоопланктону, знижується.
Стоки заводу ім. Петровського пригнічують також донну фауну, в першу чергу молюска дрейсену, на якого негативно впливають важкі метали. Це значно погіршує екологічний стан, оскільки дрейсена бере участь в самоочищенні води. Розвиток дрейсен значно знижується в зоні впливу стічних вод промисловості, а біля стоків заводу ім. Петровського цей молюск зникає зовсім. Спостерігається пригнічення розвитку зообентосу: 600 екз./м2,
0,52 г/м2; на ділянці були присутні лише олігохети. Особливою виявилася ділянка водосховища від Сурської затоки до с. Військового. Дрейсена тут не зустрічалася по причині замулення дна.
Все водосховище знаходиться під впливом антропогенного навантаження, ступінь якого неоднорідний на різних його ділянках. Найбільш забрудненими є верхня ділянка водосховища та Самарська затока.