Реферат роботи Актуальність теми




Скачати 121,84 Kb.
Дата конвертації17.01.2017
Розмір121,84 Kb.
Реферат роботи
Актуальність теми. В результаті значної зарегульованості річок змінюється склад та структура екосистем водойм та водотоків. Це призводить до погіршення екологічного стану водних об’єктів. У зв’язку з цим виникає завдання, що полягає у підтриманні благополучного стану водних ресурсів. Останнє передбачає поєднання задоволення потреб як різних галузей водокористування та водоспоживання, так і забезпечення оптимальних умов функціонування гідробіонтів. Виконання цього завдання є можливим, лише при комплексному дослідженні всіх чинників, які обумовлюють формування стану екосистем водних об'єктів.

Мета роботи – дослідження гідрологічних, гідроморфологічних, гідрофізичних та гідробіологічних характеристик як показників екологічного стану водних об’єктів та подальшої розробки заходів щодо управління станом екосистем та якістю їх водного середовища.

Наукова новизна отриманих результатів. Серед найбільш вагомих елементів наукової новизни можна виділити наступні:

  • визначено та оцінено гідрологічні характеристики, елементи і процеси, що приймають активну участь у функціонуванні екосистем водойм та водотоків;

  • удосконалено методи визначення механізмів впливу гідрологічних умов на хімічні та біологічні процеси в екосистемах штучно створених крупних водних об’єктів;

  • розроблено комплексну методику досліджень руслових переформувань з використанням басейнового підходу та розраховано руслові деформації;

  • досліджено вплив зарегульованості річкового потоку на руслові переформування;

  • на основі вивчення вертикальних деформацій русел дано оцінку гідроморфологічної якості різнотипних річок;

  • встановлено та досліджено особливості формування гідрофізичних характеристик водних мас у водосховищах;

  • проведено аналіз екологічної та трофічної структури фітофільних угруповань тварин річкових систем;

  • на основі вивчення фітофільної фауни дано оцінку екологічного стану річок та обчислено ймовірність екологічних ризиків, що виникають внаслідок антропогенного навантаження;

  • розроблено індекс PhFІ – Phytophіlous Fauna Іndex для оцінки екологічного стану за показниками фітофільних макробезхребетних.

  • розроблено заходи та рекомендації для покращення екологічного стану водойм та водотоків.

Практична значимість. Результати досліджень можуть бути використані при проведенні вишукувальних та проектних робіт з метою гідротехнічного будівництва. Наявність інформації щодо гідрологічного та гідрофізичного режимів, прояву вертикальних деформацій русла, фітофільної макрофауни є необхідною для оцінки екологічного стану та прогнозування абіотичних умов та біотичних характеристик водойми. Під час проведення досліджень розроблено комп’ютерну програму AquaBioBase, яка може широко використовуватись для зберігання і обробки гідробіологічних даних. Важливим та практичним результатом досліджень є запропоновані конструкції захисно-регулювальних кріплень для гірських та рівнинних річок.

Публікації. Загальна кількість публікацій складає 93 наукових праці, в т.ч. за темою  78. З них: 3 монографії, 3 статті у міжнародних журналах, 33 статті у фахових виданнях ДАК України, 16 матеріалів конференції та 23 тези. Також зареєстровано два патенти на корисну модель, один патент на винахід та одне авторське свідоцтво. Згідно бази даних Scopus, загальна кількість посилань на публікації авторів  1, h-індекс  1.

Цикл наукових праць «Еколого-гідрологічні дослідження зарегульованих гірських та рівнинних річок України з метою оцінки їх стану та розробки методів управління» на премію Президента України подається вперше.

Зарегульованість річкового стоку є одним із найбільш радикальних факторів антропогенного навантаження. Способи регулювання водних ресурсів досить багатогранні. Найбільш розповсюдженим є створення водосховищ, які здатні акумулювати значну кількість води. В Україні найбільші водосховища створені на Дніпрі (Київське, Канівське, Кременчуцьке, Дніпродзержинське, Дніпровське, Каховське) та Дністрі (Дністровське). На більшості річок України зарегульованість стоку штучними водоймами сягає 30–70%. Зарегулювання також може виступати у вигляді забору води, перекиду стоку з інших басейнів, акумулювання місцевого стоку та змін морфометричних характеристик.

Регулювання річок виконується різними шляхами: побудовою дамб та гребель, спорудженням шлюзів-регуляторів, прокладанням спеціальних каналів та тунелів, заглибленням та розчисткою дна, випрямленням русла, кріпленням берегів і т.п. Такі заходи призводять до зміни гідрологічного режиму річок: збільшуються або зменшуються рівні, витрати і швидкість течії, спостерігається відкладення наносів на різних ділянках, змінюються гідрофізичні характеристики водних мас. А це все безпосередньо відображається на видовому складі та структурі біотичних угруповань.

Слід зазначити, що водні об’єкти мають досить різнобічне призначення, що включає потреби: комунального та промислового водопостачання, тепло- і гідроенергетики, сільського та рибного господарства. Неможливо не відзначити їх важливість у боротьбі з повенями та паводками. У зв’язку з цим, постає проблема підтримання благополучного стану водойм і водотоків та якості води в них.

На сьогодні для гірських та рівнинних річок України виконана значна кількість робіт, які стосуються оцінки їх екологічного стану. Разом з тим, проведення досліджень щодо оцінки якості води в єдиному форматі з європейськими стандартами залишається надзвичайно актуальним завданням, особливо для річок транскордонних басейнів. Офіційним документом Європейської спільноти стосовно визначення рамок спільних дій у сфері водної політики є Водна Рамкова Директива (ВРД). Згідно з нею, оцінка екологічного стану річки фактично являє собою класифікацію ділянок на основі порівняння отриманих у ході натурних досліджень біологічних, гідроморфологічних та гідрохімічних показників з референційними. Цей підхід концептуально відрізняється від традиційного «критеріального підходу», коли як міра якості використовуються фіксовані значення, наприклад хімічні характеристики води (ГДК). Слід зазначити, що методичні засади і методичне забезпечення того чи іншого положення базуються на попередніх досягненнях в їх розробці. При гідроморфологічній оцінці екологічного стану річок головна увага зосереджується на дослідженнях руслових процесів, які охоплюють безпосередньо весь русло-заплавний комплекс і частково водозбірну територію річки. При гідробіологічній оцінці в якості порівняльних характеристик можуть бути використані індивідуальні показники виду (індекс сапробності, індикаторна вага тощо) чи популяції (інформаційне різноманіття розмірно-вікових груп), а також різноманітні біотичні індекси, що враховують наявність в угрупованні індикаторних груп організмів, і насамкінець просто кількість видів в угрупованнях річкової біоти.

Важливим і першочерговим етапом при роботі по встановленню екологічного стану водного об’єкту, згідно з ВРД, є його ідентифікація та типологія. Серед п’яти можливих категорій водних об’єктів нами розглянуто дві: річки і штучні та істотно змінені водні об’єкти. В такому контексті показовими є басейни транскордонних річок Дніпра, Дністра та Тиси, де розміщуються крупні водогосподарські об’єкти, які регулюють стік: Дніпровський каскад ГЕС, Дністровський енергетичний комплекс, Берегівська транскордонна польдерна система.

Оцінка екологічного стану за окремими показниками виконана нами для басейнів річок Тиси, Лімниці, Прип’яті та Десни. При проведенні гідроморфологічної оцінки використано такі суто річкові елементи, як заплава та форма руслової улоговини. До складових якості відносяться: динаміка водного потоку, зв'язок з підземними водами, довжина річки, коливання ширини і довжини річки, структура і субстрат річкового ложа, структура берегової зони. Проведення гідроморфологічного дослідження включає: збір даних (топографічні карти, геоінформаційні бази даних), вибір ділянок обстеження, оцінку параметрів за картографічним матеріалом, проведення польових досліджень, оцінку гідроморфологічних та гідрологічних параметрів. Гідроморфологічні показники, у свою чергу, поділяють на чотири групи: показники руслової улоговини, потоку, берега, прибережної зони та заплави. До гідрологічних показників відносять: середній стік, мінімальний та максимальний стік, амплітуду коливання рівня, зарегульованість та частоту коливання стоку.

За результатами гідроморфологічної оцінки встановлено, що стан річок вищезазначених басейнів характеризується різними класами якості – від першого (відмінного) до п’ятого (незадовільного).

Рівнинні річки басейну Прип’яті за гідроморфологічними показниками загалом мають відмінну якість. Найбільш видозмінена категорія  це «внутрішні характеристики потоку» під впливом господарської діяльності. На деяких річках спостерігається погіршення до «задовільного» стану заплави через її розорювання та меліорацію.

Гірські та рівнинні річки басейну Тиси мають дещо гірший стан, у порівнянні з рівнинними річками Прип’яті. Це обумовлено одамбуванням русел, господарською діяльністю, наявністю гідротехнічних споруд та будівництвом берегозахисних і руслорегулюючих споруд. Найбільшу строкатість в оцінці гідроморфологічного стану має категорія «заплава». Для неї гідроморфологічний стан змінюється від другого (доброго) до пятого (незадовільного).

При визначенні гідробіологічної оцінки екологічного стану річок дотримувалися рекомендацій ВРД. Враховуючи, що в рівнинних річках спостерігається значний розвиток вищої водяної рослинності і асоційованої із нею фітофільної фауни, нами була проведена робота із включення в систему індикації показників фітофільних угруповань. Слід зазначити, що фітофільні угруповання менше потерпають від забруднених, акумульованих у донних відкладах, у порівнянні із угрупованнями бентосу, тому використання їх характеристик може суттєво доповнити загальну методику оцінки екологічного стану водойм та водотоків і якості води в них. До того ж, це розширює можливості біологічної індикації за макробезхребетними організмами в евтрофних водоймах, де бентосні угруповання знаходяться у пригніченому стані.

Дослідження були виконані на прикладі басейну р. Десна, який має велику кількість різноманітних водних об’єктів із значним заростанням вищою водяною рослинністю.

Проаналізувавши зміни у структурі фітофільних угруповань на фоні змін гідрохімічного складу води та структури інших біотичних угруповань на різній відстані від джерела забруднення, ми розробили окремий індекс PhFІ – Phytophіlous Fauna Іndex. В порівнянні з відомим TBІ (Trent Biotic Index), розширено список таксономічних груп, реалізовано інший підхід до розрахунку різноманіття, змінено перелік індикаторних груп та таблиці для визначення індексу. Інтерпретація результатів PhFІ аналогічна TBІ.

Аналіз отриманих значень PhFI показує, що індекс дає відносно адекватну оцінку за абсолютними значеннями і еквівалентно змінюється в градієнті забруднення. Цей індекс було використано при визначенні екологічного стану згідно підходів, рекомендованих Водною Рамковою Директивою ЄС.

За результатами оцінки, виконаної за допомогою індексу PhFI, екологічний стан руслової частини Десни від кордону із Російською Федерацією до гирла знижується від «доброго» до «задовільного». Погіршення стану також спостерігалося нижче Чернігова та в гирлових ділянках досліджених приток. Стан „поганий” було визначено тільки безпосередньо в зоні впливу скидів КП „Чернігівводоканал”.

Умови функціонування живих організмів в штучних та істотно змінених водних об’єктах дещо відрізняються від природних. На відміну від річок, канали мають неприродне русло правильної форми, яке характеризується відносною сталістю поперечного перерізу та глибини. Важливою особливістю є те, що їм властивий регульований режим. Ця обставина має велике значення для гідробіонтів, оскільки їх життєдіяльність залежить від режиму експлуатації, джерела живлення та технічних особливостей гідроспоруд.

Якщо для рівнинних і гірських річок є практичний досвід оцінки екологічного стану згідно вимог ВРД, то для об’єктів, які відносяться до штучних та істотно змінених водних об’єктів (для них визначається екологічний потенціал) такого досвіду немає.

Вперше визначення екологічного потенціалу штучних водних об’єктів виконано нами на п’яти магістральних каналах Берегівської транскордонної польдерної системи (БТПС).

Гідроморфологічну оцінку здійснювали за методикою, яка застосовується для річок. За результатами досліджень встановлено, що всі канали БТПС належать до п’ятого класу якості. Для екологічної оцінки використовували системи RQBA (River Quality Biodiversity Assessment), яка базується на порівнянні даних щодо цільового (тобто такого, що відповідає стану непорушеного водного об’єкту та сучасного стану) за біологічними даними.

В результаті обробки даних з’ясовано, що термінових заходів щодо поліпшення екологічного потенціалу потребує канал Сипа–Чаронда (4 клас), який знаходиться в критичному стані за всіма показниками. Основною причиною низького екологічного потенціалу даного водотоку є періодична відсутність води. Питання про мінімальні санітарні попуски в цьому каналі повинно вирішуватися негайно на міжнародному рівні. Канали Чаронда–Латориця, Верхнє-Сернянський та Нижнє-Сернянський (3 клас) також потребують покращення екологічного стану. Канал Чаронда–Тиса (2 клас) має добрий екологічний потенціал та стан.

Водосховищам, на відміну від річок та каналів, властива особлива система внутрішньоводоймових процесів (гідрологічних, фізико-хімічних та біологічних), що знаходиться під значним впливом природних та антропогенних факторів. Саме ця обставина послугувала аргументом до використання водосховищ в якості полігона для розробки та удосконалення методів оцінки та прогнозу екологічного стану водойм.

При оцінці гідрологічного режиму водосховищ застосовано методологію екологічної гідрології, яка передбачає кількісну оцінку ключових елементів гідрологічного режиму: зовнішнього водообміну, внутрішньоводоймової динаміки та гідрофізичних характеристик водних мас та донних відкладів. Об’єктом досліджень послугував ряд водосховищ Дніпровського каскаду та Дністровського енергетичного комплексу.

При будь-яких екологічних оцінках та прогнозах, які пов’язані з вивченням умов формування якості води та біопродуктивності необхідно в першу чергу звертати увагу на інтенсивність зовнішнього водообміну. Він оцінюється за допомогою коефіцієнту та періоду водообміну і проточності. Встановлено, що найменший водообмін мають Каховське та Дністровське водосховища, вода тут оновлюється три рази на рік. Найбільший – Канівське та Дніпродзержинське (18–20 раз).

Специфіка внутрішньоводоймової динаміки кожного з водосховищ пов’язана з їх морфометричними характеристиками, гідрологічними умовами та режимом експлуатації ГЕС. Оцінку внутрішнього водообміну та гідродинамічних умов здійснювали методом математичного моделювання течій. Це дало змогу провести еколого-гідродинамічне районування дніпровських водосховищ і виділити зони, де здійснюється основний транзит водних мас. Воно може стати ключем кількісної оцінки біотичного балансу і потоків енергії в екосистемах каскадних водосховищ.

Згідно з розрахунками, транзит стоку Дніпра по каскаду водосховищ здійснюється по акваторії, площа якої складає 4500 км2. Нетранзитними є 2285 км2 водного простору, що перевищує третю частину загальної площі водного дзеркала. В транзитних зонах міститься 81% від загального об’єму водної маси водосховищ, в нетранзитних – 19%. Відмічене вище дозволяє уточнити екологічно значущий гідрологічний показник каскаду Дніпровських водосховищ – його проточність. Раніше час добігання водних мас по каскаду при середній водності Дніпра оцінювався в 354 доби. За високої водності річки воно могло зменшитись до 220 діб, за низької – збільшитись до 583 діб. Якщо ж урахувати розглянутий нами факт переважного стоку річки по транзитних зонах, середній час добігання по каскаду стає рівним 280–285 добам. За високої водності Дніпра водні маси переміщуються по каскаду всього за 175 діб, тобто менше, ніж за півроку. Лише за дуже низької водності річки дніпровська вода, що надходить до водосховищ, досягає гирла Дніпра через рік.

Внутрішньоводоймові гідродинамічні процеси є важливими при формуванні фізичних характеристик водних мас у водосховищах, в першу чергу вони впливають на оптичні властивості водних мас і седиментаційний режим. Визначальним фактором нормування термічного режиму є клімат. Результати виконаних досліджень терміки вод показують, що, наприклад, на Канівському водосховищі спостерігається чітка тенденція до зростання температурних показників водних мас. За весь період існування водосховища, що становить більше 35 років, значення середньорічної температури води біля берега зросло на 1,6–1,9º. Відповідно, така ж ситуація спостерігається і на інших водосховищах. Глибокі водосховища характеризуються формуванням стійкої прямої стратифікації в літній період і виникненням термічного стрибка.

Основними методами досліджень кількості сонячної енергії, що надходить на водну поверхню є натурні спостереження та розрахункові методи. Розподіл прозорості по акваторії водосховищ визначається особливостями гідрометеорологічних та гідробіологічних процесів, що відбуваються в них. В Київському та Дністровському водосховищах в будь-який сезон року спостерігається зростання прозорості у напрямку від верхів’я до греблі. В літній період на Київському водосховищі прозорість води збільшується з 0,6–1,0 до 1,5–2,0 м, на Дністровському з 1 до 3,5 м. На інших водосховищах загальної закономірності у розподілі прозорості по акваторії не спостерігається.

Головним завданням еколого-гідрологічних досліджень є встановлення взаємозв’язків між гідрологічними факторами та біотичними компонентами водної екосистеми. Серед останніх інтегральним показником, який вказує на динаміку формування якості води, є структура фітопланктону. Встановлено, що в літній період структура фітопланктону на водосховищах залежить від швидкості течій. При малих швидкостях течій у поверхневому шарі водойми збільшується відсоток синьозелених водоростей. Незважаючи на те, що останні є важливими компонентами екосистем і у процесі фотосинтезу виділяють значну кількість кисню, підвищена їх чисельність призводить до біологічного забруднення. Внаслідок домінування синьозелених водоростей відбувається зменшення прозорості води, перехоплення біогенних речовин і вплив токсичних виділень на інші планктонні види. Головними факторами, які призводять до зменшення їх чисельності у водосховищах є різкі коливання швидкості течії води та збільшення інтенсивності перемішування. Такі умови спричиняють зміну домінуючих відділів. Переважаючими при цьому стають зелені чи діатомові водорості.

Важливою проблемою еколого-гідрологічних досліджень є розробка рекомендацій та методів управління водними екосистемами. На водосховищах це можливо за рахунок штучного регулювання попусків ГЕС. Так, наприклад здійснюючи короткочасні підйоми рівня води за допомогою несинхронної роботи ГЕС, можна покращити ситуацію активізувавши водо- і теплообмін між зонами і ділянками водосховища. Заходами, які можуть сприяти покращенню умов функціонування екосистем каналів БТПС є відновлення пропускної здатності за рахунок розчистки русел, підтримання проектних форм поперечного перетину каналів, відновлення системи оптимального функціонування шлюзів та насосних станцій, часткове або повне видалення верхніх шарів донних відкладів та ін.



Загалом, цикл робіт «Еколого-гідрологічні дослідження зарегульованих гірських та рівнинних річок України з метою оцінки їх стану та розробки методів управління» має чітко визначену мету досліджень і науково-прикладні результати. Останні враховано в правилах експлуатації водосховищ та в програмах використання, охорони і відтворення водних ресурсів.


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка