Вплив антропогенних чинників на підземний стік річок зони надмірного і недостатнього зволоження території України - Автореферат

Підземні води забезпечують 14% (Коротун І. М., Коротун Л.К., Коротун С.І., 2000) загального водоспоживання в державі, вони є другим по значущості джерелом живлення річок, яке в північних і північно-західних областях може досягати 50 %, тоді як в арідних південних регіонах внаслідок глибокого залягання водоносних горизонтів внесок підземних вод в загальне живлення річки може складати 1%. Формування підземного стоку в річці і теоретичний опис цього процесу представляє значний науковий інтерес і має певні прикладні аспекти. Сучасна концепція використання водних ресурсів розглядає два основні завдання: 1-дослідження гідрологічної системи у непорушених господарською діяльністю умовах, яке обумовлює її природний стан; 2-дослідження гідрологічної системи в порушених господарською діяльністю умовах, на основі якого визначаються перспективи використання підземних водних ресурсів і можливості управління ними. Значна диференціація природних умов, ступеня гідрологічної і гідрохімічної вивченості обєктів дослідження та різноманітність практичних завдань, створюють певні труднощі у виборі надійного методу розрахунку і отримання достатньо точних і обґрунтованих результатів. Дослідження проводилися в рамках науково-дослідних робіт кафедри гідрології суші ОДЕКУ: “Максимальний та річний стік річок України” (№ ДР 0103U000358), “Обґрунтування науково-методичної бази для визначення характеристик водних ресурсів України” (№ ДР 0103U005145), які виконувалися в період з 2001 по 2006 рр. Автор брав участь у виконанні окремих розділів роботи.У першому розділі “Коротка фізико-географічна характеристика досліджуваних територій” надається скорочена фізико-географічна характеристика розглянутих територій Українського Полісся та Північно-західного Причорноморя, особлива увага приділяється опису особливостей кліматичних, гідрогеологічних умов формування поверхневого та підземного стоку. Надається характеристика впливу цих чинників на формування підземного стоку у межах зони надмірного зволоження (Українське Полісся) та недостатнього зволоження (Північно-західне Причорноморя). Опис сучасного екологічного стану Українського Полісся та Північно-західного Причорноморя спрямований на постановку наукових задач дисертації, сутність яких міститься у розробці сучасних наукових методів оцінки на передбачення можливого стану підземних водних ресурсів України. Таким чином було отримано 32 часові ряди підземного стоку, з яких 17 належить зоні надмірного та достатнього зволоження (західна частина Українського Полісся) і 15 зоні недостатнього зволоження (Північно-західне Причорноморя та прилеглі території у звязку з рідкою гідрологічною мережею). У зоні надмірного та достатнього зволоження (західна частина Українського Полісся) багаторічна величина підземного стоку залежить від географічного положення водозборів: з переміщуванням на схід підземний стік зменшується, що обумовлено загальним розподілом кліматичних факторів.У дисертації приведено теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі, яке полягає в розробці стохастичних моделей підземного стоку з метою оцінки і передбачення стану підземних водних ресурсів в умовах сільськогосподарських меліораційна водозборах. В роботі розглянуто два регіони України із вираженими змінами підземного припливу в річки - Західна частина Українського Полісся, що характеризується наявністю осушуваних боліт, і - Північно-західне Причорноморя, на якому відбувається зрошування сільськогосподарських масивів. На основі застосування моделі множинної регресії встановлені наступні закономірності: - Просторовий розподіл підземного стоку західної частини Українського Полісся змінюється залежно від довготи положення центрів тяжіння водозборів, зменшуючись в напрямі із заходу на схід, а також від площі водозборів. Просторовий розподіл підземного стоку Північно-західного Причорноморя залежить від широти положення водозбору і його висоти. Показано, що формування полів підземного стоку західної частини Українського Полісся на рівні перших двох складових розкладання (77 % дисперсії початкових даних) обумовлене атмосферними процесами, а для території Північно-західного Причорноморя основним предиктором, що визначає характер просторового розподілу полів підземного стоку, є норма інфільтрації опадів у водоносні горизонти, яка залежить як від кліматичних чинників, так і від гідрогеологічних особливостей підстильної поверхні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації приведено теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі, яке полягає в розробці стохастичних моделей підземного стоку з метою оцінки і передбачення стану підземних водних ресурсів в умовах сільськогосподарських меліораційна водозборах.

1. В роботі розглянуто два регіони України із вираженими змінами підземного припливу в річки - Західна частина Українського Полісся, що характеризується наявністю осушуваних боліт, і - Північно-західне Причорноморя, на якому відбувається зрошування сільськогосподарських масивів.

2. На основі застосування моделі множинної регресії встановлені наступні закономірності: - Просторовий розподіл підземного стоку західної частини Українського Полісся змінюється залежно від довготи положення центрів тяжіння водозборів, зменшуючись в напрямі із заходу на схід, а також від площі водозборів. Середня багаторічна величина підземного стоку зростає із зростанням площі водозбору.

- Просторовий розподіл підземного стоку Північно-західного Причорноморя залежить від широти положення водозбору і його висоти. У міру просування з півдня на північ, а також при збільшенні висоти середньобагаторічна величина підземного припливу зростає.

- Для обох регіонів багаторічна мінливість коливань річного підземного стоку обумовлена загальним припливом підземних вод, який може бути охарактеризований нормою підземного припливу.

3. На основі аналізу просторової дисперсії статистичних параметрів визначених по даним, визначеним з малою мірою достовірності (коефіцієнт автокореляції r(1) і відношення ) виконано обґрунтування можливості районування цих статистичних параметрів і виділені статистично однорідні райони. У західній частині Українського Полісся виділені 3 статистично однорідних райони для параметра : річки Поліської низовини - =0,21, закарстовані річки Волино-Подільського артезіанського басейну - =0,48 і річки з інтенсивним скиданням дренажних вод (рр. Західний Буг, верхівя р.Горинь), де значення коефіцієнтів автокореляції можуть досягати 0,8, а - =0,74. В межах розглядуваного району відношення може бути усередненим, і прийнятий рівним 2.

Розглянуті річки Північно-західного Причорноморя входять в один район для коефіцієнта автокореляції, середнє значення якого = 0,5, і для відношення , середнє значення параметра рекомендується приймати рівним 1,5.

4. Установлено, що норма підземного стоку, розрахована за генетичною формулою А.М. Бефані, може бути розглянута як характеристика природного, тобто непорушеного господарською діяльністю стоку.

5. Досліджена структура полів річного підземного стоку на основі методу головних компонент. Показано, що формування полів підземного стоку західної частини Українського Полісся на рівні перших двох складових розкладання (77 % дисперсії початкових даних) обумовлене атмосферними процесами, а для території Північно-західного Причорноморя основним предиктором, що визначає характер просторового розподілу полів підземного стоку, є норма інфільтрації опадів у водоносні горизонти, яка залежить як від кліматичних чинників, так і від гідрогеологічних особливостей підстильної поверхні.

6. Запропонована методика відновлення природних рядів підземного річного стоку невивчених водозборів на основі перших амплітудних функцій розкладання і результатів географічного узагальнення статистичних параметрів річного підземного стоку. Як показник природних ресурсів підземного стоку використана норма підземного стоку, розрахована за генетичною формулою А.М. Бефані.

7. Розроблені стохастичні моделі річного підземного стоку, що описують дію основних чинників водогосподарських перетворень в області надмірного (на прикладі західної частини Українського Полісся) і недостатнього (Північно-західне Причорноморя) зволоження.

8. Установлено, що в результаті осушення боліт в західній частині Українського Полісся відбувається збільшення підземного стоку в річках.

9. Отримані “функції відгуку” статистичних параметрів річного підземного стоку на осушувальні меліорації. Установлено, що в результаті осушення і відведення надмірних ґрунтових вод відбувається збільшення середньобагаторічних величин підземної притоки в річки, зменшення коефіцієнта варіації, а зміна коефіцієнта асиметрії є незначущою.

10. Установлено, що в результаті зрошування сільськогосподарських масивів за рахунок річки-донора також спостерігається збільшення підземної притоки в річки. На основі використання імітаційного моделювання в спрощеній генетичній моделі встановлений звязок між змінами рівня ґрунтових вод і підземним живленням річок. Показано, що при підйомі рівня ґрунтових вод на 4 м, норма підземного припливу в річки збільшиться на 10%.

11. Отримані “функції відгуку” річного підземного стоку на водогосподарські заходи у вигляді зрошування за рахунок річок-донорів. Отримано, що в результаті втрат води, що подається на зрошувані поля, і її подальшою фільтрації у водоносні горизонти, відбувається збільшення середньобагаторічних величин річного підземного стоку, зниження його багаторічної мінливості і посилення несиметричності розподілу.

12. Представлені “функції відгуку” у вигляді коефіцієнтів антропогенного впливу залежать від масштабів водогосподарських заходів на водозборах, це дозволяє використовувати їх для оцінки і передбачення можливого стану ресурсів підземних вод у різних водогосподарських ситуаціях.

13. Розроблені моделі підземного річного стоку можуть бути використані з метою аналізу і управління підземними водними ресурсами України.

1. Шаменкова О.И. Оценка нормы грунтового питания рек бассейна Придунайских озер по генетическому методу // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2001. - Вип.43. - С. 258-262.

2. Лобода Н.С., Шаменкова О.И. Обоснование методики расчета подземного стока рек Молдовы и юго-западной Украины на базе метода главных компонент// Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2001. - Вип.44. - С. 187-192.

3. Лобода Н.С., Шаменкова О.И. Стохастическая модель годового суммарного и подземного стока в условиях осушительных мелиораций (по материалам западной части Украинского Полесья)// Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2002. - Вип.46. - С. 279-293.

4. Лобода Н.С., Ехнич М.П., Шаменкова О.И. Параметризация гидрологических процессов на основе метода главных компонент // Наукові праці УКРНДГМІ.- К.:Ніка -Центр. -2003. - Вип.251. - С. 32 - 37.

5. Шаменкова О.И. Роль грунтового питания в формировании водного режима водоемов северо-западного Причерноморья (на примере оз.Ялпуг) // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2004. - Вип.48. - С. 455-461.

6. Шаменкова О.И. Оценка грунтового стока рек Дунай-Днестровского междуречья с использованием естественных ортогональных функций // Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища. Тези доповідей до ювілейної конференції, присвяченої 70-річчю утворення Одеського державного екологічного університету. - Одеса: ОДЕКУ. - 2002. - С. 224-226.

7. Н.Лобода, М.Ехнич, О.Шаменкова. Выделение основных стокоформирующих факторов на основе параметризации гидрологических процессов при помощи метода главных компонент (на примере рек верхнего Днепра до Могилев-Подольска) // ІІ Міжнародна науково-практична конференція “Ресурси природних вод Карпатського регіону”. Проблеми охорони та раціонального використання. Збірник наукових статей. - Львів. - 2003. - С. 77-82.

8. Шаменкова О.И. Влияние осушения на грунтовый сток рек западной части Украинского Полесья // ІІІ Наукова конференція молодих вчених. Одеський державний екологічний університет. Тези доповідей. - Одеса: ОДЕКУ. - 2003. - С. 54-57.

9. Шаменкова О.И. Влияние орошения на норму грунтового стока северо-западного Причерноморья // IV Наукова конференція молодих вчених. Одеський державний екологічний університет. Матеріали конференції. - Одеса: ОДЕКУ. - 2004. - С. 76-79.

10. Шаменкова О.И. Стохастическое моделирование годового и подземного стока северо-западного Причерноморья в условиях орошения // Матеріали конференції. V наукова конференція молодих вчених. Одеський державний екологічний університет. - Одеса: ОДЕКУ. - 2005. - С. 55-57.

11. Шаменкова О.И. Подземный сток рек Украины в условиях водохозяйственных преобразований (на примере рек Полесья и Северо-западного Причорноморя) // Науково-технічна конференція наукових та науково-педагогічних працівників ОДЕКУ. - Одеса: ОДЕКУ. - 2005. - С. 48-49.

12. Шаменкова О.И. Методические подходы к оценке и прогнозированию влияния орошения на подземные водные ресурсы Одесского региона// Регіональноа науково-практична конференція (15-16 червня). “Науково-методичні проблеми покращення довкілля Одеського регіону”.Одеський іноваційно-інфрмаційний центр. Збірник наукових статей. - Одеса: ІНВАЦ. - 2006. - С. 306-311.

13. Loboda N., Shamenkova O. Modelling and reconstraction of time series annual flow under absence observation data (Danube region in Ukraine and Moldova)// Conference abstracts. XXII Conference of Danubian countries on the hydrological forecasting and hydrological bases of water management. 30Augusto.