Меліорація боліт і заболочених земель.

Болото - це надлишково зволожене з застійним або слабо проточним режимом ділянка землі, на якому відбувається накопичення органічної речовини у вигляді залишків, рослинності. Болото іноді ототожнюють з торфовищом, які мають шар торфу не менше 30 см і покритим специфічною рослинністю. А надмірно зволожені земельні площі з шаром торфу товщиною менше 30 см або зовсім не мають його називають заболоченими землями.

Походження боліт пов’язано із заростанням (заболочуванням) водойм і заболочуванням суші. Виділяють два основних види заболочування суші: затоплення і підтоплення території.

За комплексом гідрологічних, геоморфологічних та геоботанічних ознак болота розділяють на три основних екологічних типи: евтрофні (низинні), оліготрофні (верхові) і мезотрофні (перехідні).

За геоморфологічними умовами виділяють такі типи боліт: заплавні, староруслові, долинні, улоговинні, болота схилів.

Для кожної фізико-географічної зони властивий певний тип боліт. Для зони змішаних лісів характерні заплавні і улоговинні, для лісостепу - заплавні, староруслові та улоговинні болота. У степовій зоні переважають заплавні і плавневі болота, що утворилися в результаті будівництва водосховищ і підтоплення значних земельних площ. Біля підніжжя Карпат зустрічаються передгірні заболочені землі, а в гірській місцевості - улоговинні болота і болота схилів.

Вся товща торфу в болоті називається торф’яним покладом. У межах торф’яного покладу виділяють інертний і діяльний шари, рівень ґрунтових вод. Інертний шар лежить на мінеральному дні і становить основну товщу торф’яного покладу. Товщина шару інертного змінюється від 0 до 20 м. Інертний шар має дуже слабкий водообмін з вищерозташованими шарами торфу і з навколишніми землями болото, відрізняється малозмінним вмістом води в торфі. Його відрізняють також мала водопроникність, відсутність кисню в порах торфу, відсутність аеробних бактерій та мікроорганізмів.

У межах діяльного шару, що лежить над інертним шаром, відбувається слабкий вологообмін і з атмосферою, і оточуючими болото територіями, змінюється і вміст вологи в торфі, відбуваються коливання рівня ґрунтових вод. Діяльний шар відрізняють також підвищена водопроникність і водовіддача, періодичне надходження повітря в пори торфу, що звільняються від води при зниженні рівня ґрунтових вод, велику кількість аеробних бактерій та мікроорганізмів, що сприяють розкладанню частини відмираючого рослинного покриву. Нижній горизонт діяльного шару приблизно відповідає середньому багаторічному мінімальному рівню болотних ґрунтових вод. Товщина діяльного шару - від 40 (мохово-трав’янистої частини боліт) до 80-95 см (лісові низинні болота). Товщина діяльного шару більше на підвищених і менше на знижених елементах рельєфу болота. Вміст води в інертному шарі торф’яного покладу, тобто нижче рівня фунтових вод, зазвичай досить велика - від 91 до 97% (за об’ємом). Вище рівня ґрунтових вод в діяльному шарі вміст води істотно менше. У всьому торф’яному покладі вміст води збільшується або зменшується залежно від підвищення і пониження рівня ґрунтових вод. Основний рух води відбувається шляхом фільтрації в діяльному шарі. Швидкість руху води (см / с) розраховують за формулою Дарсі для ламінарного руху води в пористому середовищі:

U =Кф ∙ І,                                  

 де Кф - коефіцієнт фільтрації торф’яного покладу; I - нахил рівня ґрунтових вод в болоті. Значення К, знаходиться в межах 10 ~ 2-10 ~ 6 см / с. Коефіцієнт фільтрації швидко зменшується з глибиною. Він сильно залежить від ступеня розкладання рослинних залишків і самого торфу: зі зростанням розкладання К швидко зменшується, оскільки при цьому зменшуються розміри пор, і збільшується вміст дрібних і найдрібніших фракцій торфу. Взимку діяльний шар болота в умовах холодного і помірного клімату зазвичай промерзає, і водовіддача болота різко зменшується.

Болота мають специфічну гідрографічну мережу, що включає болотні водойми, болотні водотоки і топи.

До болотних водойм відносяться озера і озерця. Болотні озера - це відносно великі водойми (з площею до 10 км² і глибинами до 10 м), що мають торф’яні берега, іноді плаваючі мохові сплавини. Озерця - водойми менших розмірів; вони зазвичай приурочені до місць перегинів поверхні болота і, як правило, розташовуються великими групами, що включають десятки, а іноді й сотні озерець. Водойми в болотах за своїм походженням бувають первинними, що збереглися залишками тих водойм, які існували ще до початку формування болота, і вторинними, що виникли вже в процесі заболочування суші та еволюції болота.

Болотні водотоки (річки та струмки) представлені як заростаючи первинними водотоками, що існували ще до утворення болота, так і вторинними водотоками, що сформувалися в процесі болотовиникнення. І ті й інші водотоки сприяють дренажу боліт. Перебіг води у вторинних водотоках зазвичай дуже повільне, а витрати води в них невеликі.

Своєрідні водні об’єкти боліт - топи, тобто сильно перезволожені з розрідженим торф’яним покладом. Тут практично відсутній діяльний шар, і рівень ґрунтових вод стоїть вище поверхні торфу.

Водний баланс болота, як і інших водних об’єктів суші, складається з прибуткової частини, що включає атмосферні опади х, приплив поверхневих у1, і підземних (ґрунтових) вод із видаткової частини w1, що включає випаровування z, поверхневий у2 і підземний w2 відтоки. За інтервал часу в болоті може відбутися накопичення води або її спрацювання (± ∆U).

Загальне рівняння водного балансу болота можна записати наступним чином:

 

x + y 1+ w 1= z + y 2+ w 2 ±∆ U               

 

 

Зміна запасу води в болоті ± ΔU може бути представлене як зміна рівня ґрунтових вод у торф’яному покладі:

 

∆ U = a ∙ ∆ H          

 

де ά рівно водовіддачі μ (при зниженні рівня ґрунтових вод) або дефіциту вологості d (при підвищенні рівня). Значення a виражається в частках одиниці.

Оскільки μ і d в різних частинах болота різні, сумарна зміна запасу вологи в діяльному шарі болота визначається як середньозважена величина:

                               m

                              ∑ ai ∙ ∆ Hi ∙ Fi

                            1    

             ∆ U =    ________________________,                  

                                             F

 

де Fi - площа кожного окремого болотного мікроландшафту; ai - число окремих болотних мікроландшафтів; F - повна площа болота.

Джерелами живлення боліт служать, таким чином, атмосферні опади, поверхневий і підземний стік з-за меж болота. У верхових і низинних боліт співвідношення цих джерел живлення різне: верхові болота харчуються в основному атмосферними опадами, низинні - поверхневими (ґрунтовими) водами.

Болота, заболочені і перезволожені землі займають в Україні 6570 тис. га, в яких зосереджено близько 30 км² води. У межах України найбільша кількість боліт знаходиться в зоні мішаних лісів, зокрема, в Поліссі (Волинська, Рівненська, Чернігівська області), в долинах степових річок і в Українських Карпатах. Переважають в основному низинні болота (на Поліссі їх до 90%). Верхові і перехідні болота займають невеликі площі Українських Карпатах і є в північно-західній частині Полісся.

Загальна площа боліт в Україну становила близько 1 млн. га. Велика частина їх зараз осушена і використовується в сільському та лісовому господарстві. Торф’яні болота дають сировину для палива (торф), виготовлення теплоізоляційних плит, одержання кормових дріжджів, органічних добрив та ін. Для збереження окремих боліт і болотних масивів у природному стані здійснюють комплекс заходів щодо їх охорони.

Меліорація боліт і заболочених земель позначається на водному режимі річок. У перші роки відбувається скидання води з осушеного масиву та прилеглої території, внаслідок чого стік річки зростає. У подальшому максимум весняного водопілля дещо зростає, а максимум дощових паводків, навпаки, зменшується. У результаті зменшення випаровування з осушених територій стік річки за літньо-осінній період збільшується. У цілому за рік стік води внаслідок осушення збільшується. Ступінь збільшення залежить від широти місцевості: чим південніше осушене масив, тим більше збільшення стоку річки. Дренажні води з осушених земель мають підвищену мінералізацією, із збільшенням вмісту у воді хлоридів, нітратів, заліза.

Малі річки реагують на меліорацію заболочених земель, і для зведення до мінімуму можливих змін водного режиму не слід осушувати-болота, розташовані на приводороздільних просторах, які є джерелами живлення малих і великих річок чистою водою, а також болота, що живлять цінні в рибогосподарському відношенні озера.

Охорона боліт і їх народногосподарське значення. Найбільш цінна якість боліт - наявність в них у вигляді торфу величезного запасу теплової енергії. Крім того, торф широко застосовується в хімічній промисловості (торф’яна смола, аміак та ін), в будівельній справі (як будівельний і теплоізоляційний матеріал); торф став широко застосовуватися в гідротехніці (завдяки своїм хорошим профільтраційними властивостями), а також у сільському господарстві.

Завдяки малій кислотності, великому вмісту азоту, кальцію, калію і фосфору в доступних рослинам формах, грунту торфовищ і заболочених земель низинного типу відрізняються високою родючістю. І тому придатні для широкого використання після осушення під луки та пасовища, поля для вирощування кормових коренеплодів, овочів і картоплі, а також для зернових та технічних культур. Торф’яники можуть бути використані для приготування різного виду добрив.

У той же час слід відзначити, що видобуток торфу та осушення родовищ без виконання вимог щодо їх охорони і раціонального використання призводить до втрати запасів, дефляції пересушених шарів, посилення водної ерозії, а в результаті - до порушення рівноваги екологічних систем.

Перш ніж робити меліоративні роботи на болотних біосистемах, необхідно як слід вивчити роль боліт у розвитку природи краю. Вони накопичують вологу і є її регуляторами, живлять річки, підземні води, а також грунту. Крім того, вони є ареалами мешкання багатьох видів птахів, тварин і рослин.

Водно-болотні угіддя. Надзвичайно важливими для природи і життя людини вважаються також водно-болотні угіддя (ВБУ). Зазвичай, ці угіддя знаходяться в низинах, родючих долинах вздовж річок і водойм, тобто саме на тих територіях, які історично високо цінувалися людиною як сільгоспугіддя і ділянки для поселень.

Водно-болотні угіддя включають в себе прісноводні та солоні місця проживання, такі як зволожені луки, заплави, лагуни, плавні, узбережжя водойм, болота. Заплави малих річок і самі ріки також є водно-болотними угіддями.

Берегу водойм, гирлові ділянки річок забезпечують їжею та притулком тисячі водних птахів - лебедів, качок, гусей, чапель, куликів. Велика кількість видів риб є об'єктами любительського і промислового рибальства. Частина життєвого циклу риб проходить у ВБУ, оскільки саме тут знаходяться чудові нерестовища - мілководні ділянки, які добре прогріваються і заросли водною рослинністю. Надзвичайно різноманітним є видовий склад рептилій, амфібій, безхребетних, ссавців.

Водно-болотні угіддя мають унікальну здатність очищати навколишнє середовище. Вони діють як надзвичайно ефективні природні фільтри. Наприклад, вони можуть вловлювати і нейтралізувати стічні води, осаджувати зважені частинки, розкладати токсичні речовини, забезпечувати органічною речовиною різні форми життя. Велика їх роль у контролі над паводками. Коли рівень води в річці або водоймі високий (весняна повінь, дощовий паводок), ці природні комплекси поглинають і утримують в собі величезні маси води, поки рівень води не знизиться. У сухий період, навпаки, вони зберігають вологу, щедро постачаючи водою прилеглі території. Вони також запобігають ерозії берегів і порушення грунтового покриву і є однією з найпродуктивніших екосистем у світі.

Деградація і зникнення водно-болотних угідь - одна з основних причин зменшення чисельності перелітних водних і навколоводних птахів, риб, тварин, рослин.

Руйнування і надмірне навантаження на водно-болотні угіддя можуть мати катастрофічні наслідки для людства, природи та якості навколишнього середовища.

В Україні значні площі водно-болотних угідь зараз охороняються законом і мають заповідний режим. В Азово-Чорноморському регіоні вони мають статус водно-болотних угідь міжнародного значення як місця гніздування і зимівлі величезної кількості водних і навколоводних птахів та охороняються в рамках Рамсарської конвенції (з 1971 року). У той же час великі площі цих угідь зараз перетворені в сільськогосподарські землі, через них прокладають дороги, на них будують будинки.

 

Контрольні питання

1. Дайте загальну характеристику каналів та їх типів.

2. Які фактори впливають на формування гідролого-екологічного режиму та якості води каналів.

3. Охарактеризуйте водоохоронний комплекс каналів.

4. Дайте загальну характеристику озер та їх типів.

5. Типи озер за степінню солоності води.

6. Охарактеризуйте малі штучні водойми – водосховища, ставки, копанки.

7. Водосховитща та їх типи.

8. Назвіть основні морфо метричні характеристики водосховищ.

9. Особливості термічного режиму водосховищ.

10. Особливості гідрохімічного та гідробіологічного режиму водосховищ.

11.  Охарактеризуйте вплив водосховищ на річковий стік та навколишнє середовище.

12.  Проаналізуйте вплив меліорації боліт і заболочених земель на екологічний стан території.

 

 

ЛЕКЦІЯ 3

Тема 3. Характеристики річкового стоку малих рік та їх оцінка.

План

1. Визначення норми стоку малих річок.

2. Максимальний стік малих річок та його оцінка.

3. Річний розподіл стоку.

4. Пересихання малих річок.

 

1. Визначення норми стоку малих річок. Основною і стійкою характеристикою, що визначає водоносність річок і потенційні водні ресурси річкового басейну або району, є норма річного стоку або середній багаторічний стік. Норма стоку служить свого роду гідрологічним "еталоном", з якого виходять при визначенні інших характеристик стоку (річних величин різної забезпеченості, сезонних, місячних та ін величин). Вона має дуже велике значення для раціонального використання водних ресурсів річок; при проектуванні і будівництві ставків та водосховищ, для водопостачання, зрошення, гідроенергетики, риборозведення та інших видів водогосподарського використання.

Як норми стоку може бути використана будь-яка з його характеристик: витрата води, об’єм стоку, шар стоку, модуль стоку. Однак найчастіше, для цілей картування стоку і складання водного та водогосподарського балансів використовують в основному дві його характеристики - шар і модуль стоку.

При наявності тривалого періоду гідрометричних спостережень норма стоку (шар Y, або модуль М) визначається як середня арифметична величина:

 

                                1    n

                     Y = __ · ∑ Yi                                                   

                              n  i=1

 

 

                             1     n

                    M = __ · ∑ Mi                                                  

                                  n  i=1

 

де Yi, Mi. - середні річні шари (мм) і модулі (л / с ∙ км²) стоку; n - число років спостережень.

Визначення норми стоку за формулами (2.1) та (2.2) здійснюється за тривалий період, що включає не менше двох повних циклів коливань стоку, а кожен цикл складається з двох фаз водності - багатоводної і маловодної.

Визначення норми стоку малих річок при недостатності гідрометричних спостережень. У тих випадках, коли тривалість ряду на спостережень недостатня для визначення норми стоку з необхідною точністю (5-10%), використовують метод гідрологічної аналогії. При підборі річок-аналогів враховують такі вимоги.

1. Слабовивчена річка і річка-аналог повинні знаходитися в одній фізико-географічній зоні. Кліматичні умови, що визначають формування стоку цих річок, повинні бути практично однаковими. Рельєф водозборів, грунтово-грунти та гідрогеологічні умови в басейнах досліджуваних річок не повинні суттєво відрізнятися. У гірських районах досліджувані річки повинні знаходитися в одному висотному поясі.

2. Озерність, заболоченість, заліснення, заледеніння водозборів за своїми відносним значенням повинні бути практично однаковими в розглянутих басейнах.

3. Коливання річного стоку на порівнюваних річках повинні бути синхронними.

4. Тривалість спільних спостережень за річним стоком на слабовивченій річці і річці-аналогу повинна бути не менше 7-10 років. При цьому річка-аналог повинна мати ряд спостережень над стоком не менше 50 років.

За аналог може бути прийнятий один або кілька пунктів спостереження над стоком води, що відповідає зазначеним вище вимогам.

Визначення норми стоку з використанням методу гідрологічної аналогії здійснюється шляхом приведення короткого ряду гідрологічних спостережень за слабовивченій річці до тривалого періоду спостережень по річці-аналогу.

Приведення даних по річному стоці до тривалого періоду спостережень може здійснюватися графічним, аналітичним або графоаналітичними способами.

Графічний спосіб застосовується при одночасному використанні лише одного пункту-аналога. При побудові графіків зв’язку річного стоку слабовивченої річки з річкою-аналогом використовуються дані за період одночасних спостережень. При наявності тісного прямолінійною зв’язку (коефіцієнт кореляції більше 0,7), що проходить через початок координат, норма стоку слабовивченої річки (Мсл) визначається безпосередньо за графіком зв’язку через норму стоку ріки-аналога (Ма) або за рівнянням лінії зв’язку виду: Мсл = К∙ Ма, де К - кутовий коефіцієнт лінії зв’язку. Це рівняння дозволяє при необхідності відновити стік за окремі роки, використовуючи замість норми стік конкретних років.

При наявності тісної криволінійної залежності (кореляційне відношення більше 0,7) норма стоку слабовивченої річки встановлюється на основі подовження короткого ряду шляхом погодинного відновлення стоку води за графіком зв’язку з подальшим розрахунком норми стоку по відновленому ряду за формулами (2.1) або (2.2).

Для визначення норми стоку слабовивченої річки з інтенсивно розвинутою господарською діяльністю в її басейні, виробляють відновлення природного стоку за період його порушення. Для відновлення природного стоку за окремі роки або в цілому за період застосовуються регресійні методи з використанням парної та множинної кореляції. Ці методи звичайно використовуються при комплексному врахуванні впливу всіх видів господарської діяльності на стік. При диференціюванні видів впливу застосовуються балансові методи, які базуються на детальних даних про елементи водного балансу басейну з урахуванням впливу антропогенних чинників.

Відновлення природного стоку на основі регресійних методів проводиться за даними про стік басейнів-аналогів, що мають природний режим стоку за весь період спостережень. У цьому випадку відновлений ряд, після проведення генетичного аналізу умов формування річкового стоку, перевіряється на однорідність з використанням статистичних критеріїв Фішера і Стьюдента.

Графо-аналітичний спосіб. Даний спосіб приведення коротких рядів до тривалого періоду спостережень, розроблений Г. А. Алексєєвим, базується на використанні трьох опорних ординат кривої забезпеченості. При його використанні середнє багаторічне значення річного стоку слабовивченої річки визначається за допомогою трьох опорних ординат, відповідних забезпеченості 5; 50 і 95%, встановлених за графіком зв’язку стоку слабовивченої річки і річки-аналога. Використовувані ординати визначаються по кривій забезпеченості побудованої для річки-аналога, і через графік зв’язку переносяться на слабовивчену річку.

Методи визначення норми стоку малих річок при відсутності гідрометричних спостережень. При відсутності гідрометричних спостережень норма стоку річок може бути визначена одним з наступних способів: 1) за інтерполяцією між опорними пунктами, для яких визначено значення норми стоку; 2) за рівнянням водного балансу; 3) по карті середнього багаторічного стоку; 4) за регіональними емпіричними залежностями.

Визначення норми стоку по інтерполяції між опорними пунктами. Для розрахунку норми стоку за цим способом на топографічну основу в центрах тяжкості водозборів двох-трьох опорних пунктів розташованих поблизу розрахункового створу, наносять середні багаторічні величини шарів (модулів) стоку. На рівнинних територіях величина річного стоку розрахункового створу визначається по прямолінійній інтерполяції, в гірських же районах зміна стоку між опорними ізолініями приймається пропорційно зміні висоти місцевості. Наприклад, норму стоку для гірських річок Криму і Карпат рекомендують визначати по локальним емпіричним зв’язкам модуля стоку води з середньою висотою водозбору:

М = а ∙ Н m + b,

 де а, b, m - емпіричні параметри, які враховують особливості фізико - географічних умов річкових басейнів; Н - середня висота водозбору досліджуваної річки.

 

Визначення норми стоку по карті ізоліній. Цей спосіб визначення норми стоку є найпоширенішим і забезпечує найбільш швидке вирішення завдання. При побудові карти норма стоку кожного басейну віднесена до геометричного центру водозбору, так як картіруєма характеристика стоку в створі представляє собою осередненої стоку зі всього річкового басейну. Тому користуватися такою карткою для визначення норми стоку невивчених річок потрібно з урахуванням методу їх побудови і розмірів водозборів, за матеріалами яких вона складена. Безпосередньо за картками середньорічного стоку можна отримати зональну норму річного стоку річок з площами водозборів від 100 км² до 50000 км².

По карті ізоліній норма річного стоку визначається щодо центру водозбору невивченої річки. Для цього необхідно оконтурити водозбір до замикаючого створу (або гирла річки), наклавши на карту стоку прозорий аркуш паперу.

У простих випадках, коли в межах водозбору проходять одна-дві ізолінії або водозбір знаходиться між двома ізолініями, норма стоку встановлюється шляхом прямолінійної інтерполяції між ізолініями.

При перетині водозбору кількома ізолініями норма стоку (Y або М) обчислюється як середньозважена величина, тобто:

                             m+1

                              ∑ Yi · fi

                Y = ___1_________ ,                      

                               F

 

                          m+1

                           ∑ Mi · fi

                           1

               M = __________ ,                        

                               F

 

де Y, М - середнє зважене значення норми стоку (шару або модуля) досліджуваного водозбору; Yі, Мі - значення шарів або модулів стоку між сусідніми ізолініями; fі - площа між відповідними ізолініями стоку, км²; m - число ізоліній на карті стоку; F - загальна площа водозбору, км².

При практичних розрахунках в норму стоку малих річок, зняту з карти, вводять поправочні коефіцієнти, які враховують особливості місцевих умов: підземного живлення, характеру рельєфу, залісеності, заболоченості, озерності. Крім того, враховують вплив на стік антропогенних факторів: забір води на зрошення, обводнення та перекидання в сусідні басейни; скиди води в русла річок промислових і шахтних вод; агротехнічні, меліоративні, лісотехнічні заходи в басейні, які зумовлюють втрати стоку на випаровування і фільтрацію. Коефіцієнти варіації річного стоку річок (Cv) визначаються також по картах ізоліній, а коефіцієнт асиметрії (Cs) встановлюється за співвідношенням Сs / Сv - для річки аналога (або групи аналогів), а також по районних картосхем і таблиць [14].

Визначення норми стоку по регіональним емпіричним залежностям. Для визначення норми стоку невивчених малих річок можуть бути використані також регіональні залежності річного стоку від визначальних його чинників. Для регіонів з однорідними умовами формування річного стоку будуються графіки зв’язку модуля річного стоку з площею басейну (F) або з середньою висотою водозборів і експозицією схилів, а також з кліматичними та іншими факторами. Ці графіки (які описують їх аналітичні формули) і використовуються для визначення норми стоку невивчених малих річок.

2. Максимальний стік малих річок та його оцінка. Максимальний стік води на малих річках спостерігається як при випаданні дощів, так і в результаті танення сезонних снігів. Іноді на річках формуються максимальні витрати змішаного походження, тобто на основну хвилю повені, наприклад, накладається дощовий стік. Весняна повінь охоплює одночасно велику територію, а дощові паводки найбільш часто мають локальний характер. Крім того, дощові паводки протягом року можуть виникати неодноразово.

Вивчення умов формування повеней і паводків, розробка методів їх розрахунку мають велике науково-практичне значення. Наукове значення проблеми повеней і паводків обумовлено їх роллю у формуванні водного режиму річок, а також її центральним становищем серед інших проблем гідроекології. Практичне значення цієї проблеми пов’язане з визначенням параметрів підпірних, захисних та водоскидних гідротехнічних споруд.

Весняна повінь є основною фазою водного режиму більшості рівнинних річок України, під час якої проходить переважна частина загальнорічного обсягу стоку. Воно є лімітуючим чинником для більшості галузей економіки (гідроенергетики, водного, комунального, сільського господарства, гідротехнічного і промислового будівництва). З періодом водопілля пов’язані значні й тривалі затоплення рівнинних територій, пошкодження і руйнування об’єктів господарювання, затоплення сільськогосподарських угідь, населених пунктів.

Видатні весняні повені на річках Україні формуються при снігозапасах, що перевищують норму, добре зволожених і глибоко промерзлих ґрунтах, інтенсивному таненні снігу і випаданні рідких опадів навесні.

У гірських районах Карпат, в Передкарпатті, Закарпатті, а часом у Криму, у південних регіонах, в Приазов’ї, Донбасі максимальний стік формується від злив. Найбільші зливові паводки, іноді з катастрофічними підйомами рівнів, спостерігаються щорічно в басейнах річок Тиси, Дністра, Прута. Значні зливові паводки бувають також на річках Донбасу, Приазов’я, Криворіжжя. В інших басейнах річок України зливові паводки спостерігаються в окремі роки з інтенсивними дощами. Надзвичайно інтенсивний характер мають видатні зливи в Передкарпатті і Карпатах. Тут протягом року може спостерігатися по кілька дощових паводків, які часто набувають катастрофічного характеру (1998, 2001, 2002, 2004, 2008 роки). Проходження таких паводків супроводжується руйнуванням гідротехнічних споруд та затопленням населених пунктів. Тому, проблеми розрахунку і прогнозу характеристик максимального стоку мають велике значення для різних галузей господарства, пов’язаних з експлуатацією гідротехнічних споруд, захистом населених пунктів від повеней.

Зараз існує досить велика кількість розрахункових формул, методів, методик і регіональних залежностей за визначенням максимального стоку річок. Всі вони умовно поділяються на 4 групи:

1) редукційні формули; 2) об’ємні формули; 3) формули граничної інтенсивності, 4) формули, побудовані на використанні моделі руслових ізохрон. Серед сучасних розрахункових формул значну кількість становлять формули розрахунку максимального стоку, що базуються на теоретичній моделі А. М. Бефані. Однією з них є методика оцінки максимального стоку, запропонована в Одеському державному екологічному університеті, безпосередньо випливає з відомої моделі руслових ізохрон.

У даній методиці формування максимального стоку описується двохператорною моделлю трансформації опадів у русловий стік. Перший оператор, (схиловий стік) описується характеристиками підстилаючої поверхні, а другий - трансформацією схилового припливу річковою мережею (через час руслового добігання, поіменно-руслового регулювання і під впливом озер, водосховищ і ставків проточного типу). Виходячи з цього, була запропонована єдина формула для розрахунків максимального стоку паводків і весняних повеней у всьому діапазоні площ водозборів. Отримана розрахункова формула щодо максимального модуля стоку Р%-ої забезпеченості має вигляд.:

 

 

qp% = q'1% ∙ ψ (tp / Tо) ∙ εF ∙ r ∙ λp,              

 

де qp% - максимальний модуль стоку Р%-ої забезпеченості, м³/с∙км²;q'1% - максимальний модуль схилового припливу 1%-ої забезпеченості; tp - час руслового добігання, час; Tо - тривалість припливу води зі схилів у руслових мереж, час; ψ (tp / Tо)- трансформаційна функція; εF -. коефіцієнт поіменно-руслового водообміну та регулювання; r - коефіцієнт регулювання максимального стоку озерами, ставками та водосховищами; λp - коефіцієнт забезпеченості.

На основі цієї моделі розроблені розрахункові формули максимального стоку дощових паводків та весняної повені, докладно викладені в роботах.

3. Річний розподіл стоку. Річковий стік протягом року розподіляється нерівномірно. Це залежить від комплексу фізико-географічних чинників, які можуть змінюватися протягом року або на протязі кількох років залишатися незмінними.

Характер внутрішньорічного розподілу стоку залежить від кліматичних факторів, геоморфологічних особливостей басейнів, гідроекологічних умов та інших природних і антропогенних факторів.

Кліматичні фактори (розподіл опадів, температура повітря) мають географічну зональність, що дає можливість розробляти класифікації річок за внутрішньорічного розподілу стоку. Гідрогеологічні умови визначають частину підземного живлення у загальному обсязі стоку річок. Вплив лісу на розподіл стоку здійснюється через велику тривалість повеней, внаслідок тривалого сніготанення і через перерозподіл поверхневого та підземного стоку. Наявність боліт у басейнах підвищує втрати води на випаровування, що знижує стік в меженний період.

Внутрішньорічні розподіл стоку змінюються внаслідок осушення боліт, посадки лісосмуг, здійснення агротехнічних заходів. Вплив осушувальних заходів на поверхневий стік має регіональний характер. Лісосмуги впливають на розподіл стоку так, як і лісові масиви. Вплив агротехнічних заходів - системи землеробства, обробка ґрунтів, снігозатримання та ін - полягає у затриманні вологи на полях і поповнення запасів ґрунтових вод, а це призводить до зменшення весняного стоку і підвищенню стоку в межень.

Під внутрішньорічним розподілом стоку розуміють розподіл стоку по сезонах, місяцях, декадах або іншому часового інтервалу. Розділяють календарний і некалендарний розподіл стоку на рік. Календарний розподіл розглядають у межах декад, місяців, сезонів. Некалендарний розподіл не пов’язаний з хронологічними термінами, а представляється у вигляді кривих тривалості добових витрат. У залежності від призначення внутрішньорічний розподіл визначається за типовими або розрахунковими схемами.

Під типовим розподілом найчастіше розуміють повторне для даної річки або групи річок поділ стоку протягом року. Типові схеми особливо придатні для класифікації річок і в процесі гідрологічного районування (в багаторічному розрізі). Для цього зазвичай беруть моделі фіктивних та характерних за водністю років (багатоводні або маловодні) з кордонами в сезонах. Схеми фіктивного розподілу складають у результаті усереднення витрат води, а потім висловлюють їх у відсотках від річної суми (або в їх модульних коефіцієнтах).

Для річок, у яких відсутні гідрологічні спостереження, річний стік різної забезпеченості визначають лише приблизно. Тому і розрахунки розподілу стоку таких річок доцільно здійснювати на основі регіональних типових схем внутрішньорічного розподілу стоку для окремих районів, у межах яких можна вважати однаковими кліматичні умови, фізико-географічні характеристики басейнів, а умови підземного живлення річок не різко змінюються по території.

За відсутності надійних аналогів внутрішньорічний розподіл стоку річок рекомендується розраховувати по районних схемах або за регіональними залежностями статистичних параметрів сезонного стоку від визначальних факторів (площі водозбору, його середній висоті, характеру ґрунтів, озерності, заболоченості, меліорується, лісистості та ін.)

Нормативними документами запропонована методика визначення розрахункового внутрішньорічного розподілу стоку і встановлено типовий розподіл річкового стоку для характеристик за водністю: багатоводного (забезпеченістю Р = 25%), середнього по водності (50%), маловодні (75%) і дуже маловодні (95%).

На території України за типовим внутрішньорічним розподілом стоку виділено 16 районів, виходячи з умов формування та особливостей розподілу річного стоку по місяцях і сезонах. Характеристики внутрішньорічного розподілу стоку для цих районів наведено у таблицях довідників.

У типових схемах із зменшенням водності року знижується частина річного стоку, яка відноситься до лімітуючих періодів та сезонах, і, відповідно підвищується відносне значення обсягу весняного стоку.

За співвідношенням цих величин більшість річок України належить до річок з переважно сніговим живленням. У північній частині розглянутої території найбільші середні місячні витрати спостерігаються в березні-квітні, а в південній - в лютому-березні. У західних (передгірних і гірських) районах, де значна частина річного стоку формується за рахунок дощових вод, весняний стік складає менше 50% річного обсягу, а стік меженних сезонів перевищує 15-20% річного.

Річки Причорноморської низовини і степового Криму практично не мають підземного живлення, і тому в маловодні роки стік взагалі може бути відсутнім протягом року і більше.

3. Пересихання малих річок. Характерною особливістю гідрологічного режиму малих річок степової та лісостепової зон є уривчастість їх стоку, яка може настати в теплу пору року (пересихання), взимку (перемерзання) або в будь-який час внаслідок переходу потоку в товщу алювіальних відкладень, що заповнюють русло, або в підруслову зону.

За умовами пересихання на території України виділяють п’ять основних районів: Причорноморський, Степовий, Центральний, Північний, Передкарпаття. Усі малі річки щорічно пересихають на 3-6 місяців, в посушливі роки - на 9-12 місяців, а в дуже посушливі роки - на 26 місяців (р. М. Куяльник).

 

Контрольні питання

1. Визначення норми стоку малих річок при наявності довготривалих гідрометричних спостережень.

2. Визначення норми стоку малих річок при недостатніх гідрометричних спостереженнях.

3. Визначення норми стоку малих річок при відсутності гідрометричних спостережень.

4. Оцінка максимального стоку малих річок.

5. Дайте оцінку річного розподілу стоку малих річок.

6. Охарактеризуйте причини пересихання малих річок.

 

 

ЛЕКЦІЯ 4

Тема: Водний і водогосподарський баланс басейнів малих річок.

План

1. Водні ресурси.

2. Рівняння водного балансу річки. Водогосподарські баланси.

3. Класифікація водних ресурсів.

4. Оцінка поверхневих водних ресур