Гідрологія та гідробіологія Дніпра
Гідрологічна
та гідробіологічна характеристика
Дніпра
Зміст
Вступ
Вода, заповнюючи величезні впадини на земній поверхні, утворює водну оболонку земної кулі - Світовий океан. Із загальної площі земної кулі 510 млн. км2, Світовий океан займає 361 млн.км2 або 71%, а суша - 149 млн.км2 або 29%.
Загальний об’єм води, що міститься в Світовому океані складає 1338 млн.км3. Якщо цей об'єм рівномірно розподілити по земній поверхні, то вона буде покрита шаром води глибиною 2600 м.
Запаси
прісної води складають всього 35
млн.км3 (2,52%). Із них прісні підземні
води, з врахуванням запасів
Найбільш доступними для використання в господарській діяльності людини є води, які протікають в руслах річок і постійно поновлюються в процесі кругообігу (в середньому для Землі кожні 17 діб). Водними ресурсами будь-якої території називаються запаси поверхневих та підземних вод. Інколи під водними ресурсами великих регіонів або окремих країн розуміють середній багаторічний стік річок цих регіонів. Середній багаторічний стік річок земної кулі складає 44,54 тис. км. Середній багаторічний стік річок України становить 87,1 км3, із них місцевий стік складає 52,4 км3
В Україні нараховується більше 67 тисяч річок та струмків загальною довжиною біля 248 тис. км. Із них більшість (94,4 %) водотоків коротші 10 км. Їхня загальна довжина складає 131 тис. км. Із більш як 4 тисяч річок довжиною понад 10 км біля 73% мають довжину менше 25 км, біля 23% складають річки довжиною від 26 до 100 км і лише 3% річок мають довжину більше 100 км. Біля 96% річок мають площу водозбору до 50 км2, 3,5% - 50-500 км2 і лише 0,6% характеризуються величиною водозбору більшою за 500 км2.
Найбільшою річкою України є Дніпро, котрий протікає з півночі на південь і ділить територію України на Правобережну та Лівобережну частини. Його водність складає 1663 м3/с.
Українська частина басейну Дніпра займає 48,6 % території країни. Басейн Дніпра має високу економічну, соціальну, природничу, історичну і духовну цінність для українського народу. Водними ресурсами власне Дніпра забезпечується близько 60% потреб України у прісній воді. В басейні Дніпра сконцентровано сотні промислових підприємств, в тому числі “брудних” (металургія, хімічне виробництво, добування руди і вугілля) і водоємних галузей (теплова і атомна енергетика) [6].
У
часи СРСР відбувалася прискорена трансформація
дніпровського регіону з
1.
Зміни гідрологічного режиму
поверхневих вод. Ці зміни пов’
2.
Хімічне забруднення. Вплив
3.
Затоплення і підтоплення
4.
Евтрофікація (штучне підвищення
продуктивності водойми за
5. Забруднення радіонуклідами. Пов’язане, в першу чергу, з наслідками аварії на ЧАЕС. Основними джерелами забруднення радіонуклідами є також атомні електростанції (в басейні Дніпра є 20 ядерних реакторів, 13 з яких працюють в Україні), підприємства з видобутку й переробки уранової сировини, а також об’єкти поховання радіоактивних відходів. Додатковим джерелом радіаційної небезпеки може стати побудова у Чорнобильській зоні централізованого сховища відпрацьованого ядерного палива, могильників для поховання старого палива ЧАЕС та заводів з переробки твердих і рідких радіоактивних відходів.
6.
Зміна і втрата екосистем та
збіднення біорізноманіття. У
басейні Дніпра втрачено не
менше 80% природних екосистем.
Дніпро зберігає свій
Актуальність теми. Ріст населення та зростаюча господарча діяльность в басейнах річок України, інтенсифікація використання їх водних ресурсів, скид стічних вод викликають значні зміни природних умов розвитку річок, за яких порушується режим стоку, змінюється характер руслових процесів і життєдіяльності угрупувань водних організмів і т. і.
У цих умовах особливо актуальним є виявлення екологічного стану басейну річки і розробка засобів її оздоровлення. Для досягнення цього необхідна значна кількість матеріальних, трудових та інших затрат. Значну допомогу у вирішенні цього завдання може дати наявність багаторічних загальнодоступних, а також багаточисельних опублікованих даних з гідрологічного режиму річок. Саме вони відкривають можливість встановлення ролі гідрологічних характеристик і, в першу чергу, руслоформуючих витрат у процесі переносу полютантів, математично об?рунтованих закономірних зв’язків і на їх основі виявлення механізму отримання вірогідних прогнозів екологічного стану річкових вод при різних умовах забруднення.
Метою
данної роботи є визначення сучасних
гідрологічних і гідробіологічних характеристик
та їх закономірностей в басейні р. Дніпро;
виявлення можливості їх використання
для оцінки і прогнозування екологічного
стану басейну.
.
Розділ 1. Гідрологія річок
1.1. Річкові системи та їх будова.
Рікою називається природний постійний водний потік, що протікає у видовжених зниженнях земної кори в розробленому ним руслі. Ріки поділяють на великі, середні й малі.
Система
річок, озер та інших водойм на певній
території називається гідрогра
Гідрографічна
сітка формувалась і
Нині на рисунок гідросітки впливають деякою мірою будівництво великих водосховищ, зрошувальних каналів та інші види виробничої діяльності суспільства.
Частиною гідрографічної сітки є руслова сітка - це сукупність русел всіх водотоків на певній території.
Верхньою ланкою гідросітки є руслова сітка, по якій відбувається стік атмосферних опадів і площинний змив.
Злиття улоговин утворює видолинок, тобто вже краще виражене ерозійне утворення з більш крутими схилами. На дні та на схилах їх можуть утворюватись яри.
Перехідною формою до річкової долини є суходіл з асиметричними схилами. В суходолах вже добре проявляються береговий і донний розмив, русло починає мандрувати. Злиття суходолів утворює річкову долину. Тут постійно відбуваються ерозійно-акумулятивні процеси.
Постійні руслові потоки називаються річковою сіткою а сукупність річок, що зливаються, становлять єдину систему і виносять свої води у вигляді загального потоку, - річковою системою. Тобто це головна ріка з притоками. Структуру річкової системи визначають через певний порядок. Існує кілька класифікацій приток, одна з них – система Штралера-Філософова. Тут порядок приток встановлюється від витоку до гирла. Нерозгалужені водотоки вважаються водотоками 1-го порядку. Зливаючись, два водотоки 1-го порядку утворюють водотік 2-го порядку. Водотік 3-го порядку утворюється від злиття двох водотоків 2-го порядку, водотік 4-го - злиттям двох водотоків 3-го порядку і т.д. Якщо до притоки 2-го і вищого порядку приєднується будь-яке число приток 1-го порядку, його порядок залишається незмінним. Порядок може підвищитись лише в разі злиття двох водотоків однакового порядку. Басейни річок 1, 2, 3-го порядку невеликі, але число таких річок найбільше, отже, вони займають найбільшу площу і чинять найбільший вплив на режим басейну. Є й інші класифікації, де виділяють головну ріку й притоки різного порядку від неї, але при такій класифікації в один клас попадають як дрібні притоки головної ріки, так і невеликі водні артерії [8].
Річкові системи досить різноманітні за малюнком їх річкової сітки, який залежить насамперед від геологічної будови, рельєфу і клімату. Виділяють такі основні типи: радіальний, доцентровий, деревоподібний, перистий, решітчастий та ін.
Місце початку ріки називається витоком. Ріка може починатись із струмків і джерел, льодовика, озера або болота. Коли ріка утворюється від злиття двох річок, місце злиття їх буде початком цієї ріки, але за витік її треба брати довшу із приток, що злилися. Це буде гідрографічна довжина ріки, яка й береться до уваги при аналізі умов стоку. Якщо ріка утворюється від злиття двох річок однакової довжини, витоком вважають ліву складову. Ріка утворює канал стоку, що називається руслом, в якому проходять ерозійно-акумулятивні процеси, через русло відбувається стік води і наносів тощо. У руслі за ходом течії виділяють правий і лівий береги.
Впадаючи в іншу ріку, озеро чи море, ріка утворює гирло. Якщо ріка впадає двома рукавами, за гирло беруть більший рукава. Ріка часто при впадінні в озеро чи море відкладає багато наносів і створює багаторукавне гирло, що називається дельтою, в такому разі за гирло береться гирло основного /найбільшого/ рукава. При відсутності дельт ріка може вливатись а море одним широким руслом /естуарій/. Особливою формою естуаріїв є лимани, тобто затоплені морем пригирлові частини долин.
Залежно від рельєфу, геологічної будови, кліматичних умов річкова сітка має різну розгалуженість, яка збільшується із збільшенням висоти місцевості. Густота річкової сітки визначається як відношення довжин всіх водотоків даної площі /км/ до даної площі /км2/.
Найчастіше її визначають за великомасштабними топографічними картами.
Морфометричні характеристики ріки. До морфометричних характеристик належать довжина ріки, коефіцієнт звивистості та густота річкової сітки, Довжина ріки - це відстань вздовж ріки від витоку до гирла. Русла річок рідко бувають, прямолінійними, здебільшого вони звивисті, розбиваються на рукави, блукаючі. Звивистість характеризується коефіцієнтом звивистості К= , тобто відношенням. довжини ріки l до довжини прямої лінії L, що з’єднує гирло і витік.
Розмір самого русла - величина змінна. Найнижчий рівень води називається меженним, найвищий - повеневим
У
руслах рівнинних річок
Пропускну здатність русла, розподіл швидкостей, нахилів та інше визначає поперечний переріз русла. Поперечний переріз - це площина, перпендикулярна до напряму течії потоку і обмежена знизу дном, а зверху - лінією горизонту води. Площа поперечного перерізу визначається за вимірами глибин, що робляться впоперек річки через рівні відстані.
Залежно від віку ріки та місцевості поздовжні профілі бувають досить різні, але їх можна об’єднати в 4 основні типи. 1 тип – плавно увігнутий /профіль рівноваги/, найпоширеніший. Це увігнута крива гіперболічного типу, крутіша у верхів’ях і полога в пригирловій частині /наприклад, рр. Ріоні, Селенга/; 2 тип - прямолінійний з рівномірним розподілом нахилів за всією довжиною. Спостерігається в малих річках та деяких гірських /Пяндж, Зеравшан/; 3 тип - опуклий, що характеризується малими нахилами у верхів’ї й більшими в нижній течії, трапляється рідко, характерний для річок Карелії та Кольського півострова;-4 тип - східчастий /в Карелії/.
У руслах річок, особливо гірських, наявні нерівності, що призводить до утворення порогів та водоспадів.
Гіпсометрично найнижча точка ріки, де вона вже не проводить ерозійну роботу, називається базисом ерозії. Для всієї ріки він буде головним і. перебуває в місці впадіння цієї ріки в озеро чи море, а для її приток базисом ерозії кожної служить місце її впадіння в головну ріку.
1.2. Водозбір і басейн ріки
Кожна річкова система займає певну площу, що називається басейном. Територія, звідки річкова система /або ріка/ отримує воду, називається водозбором. Басейн і водозбір здебільшого збігаються, проте бувають випадки і незбігання, наприклад, якщо в межах басейну частина території безстічна, вона до складу водозбору ріки не входить. Басейни один від одного відмежовані вододілом. Вододіл - не лінія на земній поверхні, що поділяє стік атмосферних опадів на два протилежні схили. Виділяють головний вододіл Землі, що відмежовує басейни річок, які впадають в Тихий та Індійський океани, з одного боку, і басейни річок, що впадають в Атлантичний та Північний Льодовитий океан - з іншого. Виділяють ще безстічні області, звідки вони не мають виходу до Світового океану, наприклад, басейни Каспійського і Аральського морів /басейни річок Волги. Уралу, Тереку. Кури, Амудар’ї. Сирдар’ї [10].
Для характеристики басейну використовують такі параметри: площа басейну F; довжина басейну L, яка визначається як пряма, що з'єднує гирло ріки і точку на вододілі, прилеглу до витоку ріки; максимальна ширина басейну В, що визначається по прямій, перпендикулярній до осі басейну в найширшій його частині. Крім морфометричних характеристик, басейну властиві ще ряд фізико-географічних характеристик, а саме: географічне положення, зона, геологічна будова, рельєф, клімат, грунтово-рослинний покрив, та ін., а також вплив на нього господарської діяльності суспільства.
Загальний вигляд рівняння водного балансу басейна річки:
X + Y1 + W1 + Z1 = Y2 + W2 + Z2 + U
X – рідкі (дощ) та тверді (сніг) опади на поверхню річкового басейну;
Y1 – поверхневий притік з - за меж басейна (штучно – з допомогою перетинаючих вододіл трубопроводів, каналів, насосних станцій і т. д.) ;
W1
– підземний притік з-за меж
басейна ( у випадку неспівпадіння
поверхневого та підземного
Z1 – конденсація водяної пари;
Y2 - поверхневий відтік за межі басейну;
W2 - підземний відтік за межі басейну;
Z2
- випаровування з поверхні
U
– зміни запасів води в
Атмосферні опади, підземний притік та штучний поверхневий притік з-за меж басейна складають прибуткову частину рівняння водного балансу; поверхневий та підземний стоки за межі басейна та випаровування об’єднуються в витратну частину рівняння водного балансу.
Якщо прибуткова частина перевищує витрати (наприклад, взимку під час накопичення снігу, в період дощів і т. д.), то запаси води в басейні збільшуються і
U
> 0. Якщо, навпаки, витратна частина
більше прибуткової ( в період
сніготанення, в межень, коли річка
живиться в основному
1.3. Основні закономірності живлення річок
Річковий стік формується внаслідок надходження в річки вод атмосферного походження, при цьому частина атмосферних опадів стікає з ріками в океан або безстічні озера, решта – випаровується.
Виділяють чотири основних види живлення річок: дощове, снігове, льодовикове та підземне.
Для річок в умовах теплого клімату головний вид живлення – дощовий. За рахунок дощових вод формується стік таких крупних річок світу, як Амазонка, Ганг і Брахмапутра. Цей вид живлення річок є найважливішим. Другим за значимістю є снігове живлення. Його роль досить велика в живленні річок в умовах помірного клімату. Третє місце за об’ємом поступаючих в річки вод займає підземне живлення. На його частку припадає в середньому 1/3 річкового стоку. Останнє місце за значимістю займає льодовикове живлення.
Зупинемося детальніше на основних видах живлення річок.
Дощове живлення.
Кожний дощ характеризується шаром випавших опадів (мм), тривалість (хв, год, сут), інтенсивність випадіння (мм/хв, мм/год) та площею розповсюдження (км2). У зв’язку з цим дощі можна поділити на зливи та обложні дощі. Чим більше інтенсивність, площа розповсюдження та тривалість дощу, тим більше величина дощового паводка. Чим більше відношення між площею розповсюдження дощу та площею басейна, тим також більше величина можливого паводка. Катастрофічні паводки відбуваються з цих причин найчастіше лише на малих та середніх річках. Поповнення підземних вод відбувається під час тривалих дощах.
Чим менше вологість повітря і грунт більш сухий в період випадання дощу, тим більше витрати води на випаровування та інфільтрацію і тим менша величина дощового стоку.
І, навпаки, якщо дощі випадають на вологу поверхню при пониженій температурі повітря, збільшується величина дощового стоку.
Таким чином, один і той дощ в залежності від стану підстилаючої поверхні та вологості повітря може бути в одному випадку стокоутворюючим, а в другому – не давати стоку.
Снігове живлення.
Сніг в залежності від товщі снігового покриву та щільності може під час таяння давати різний шар води. Слід розрізняти процеси сніготанення та водовіддачі сніжного покриву, тобто надходження води, що не утримується снігом на поверхню ґрунту. Сніготанення починається після досягнення температурою повітря позитивних значень та виникнення позитивного теплового балансу на поверхні снігу. Водовіддача починається пізніше початку сніготанення та залежить від фізичних властивостей снігу – зернистості, капілярних властивостей і т. д. Стік починається тільки після початку водовіддачі.
Територію, де відбувається в даний момент танення снігу, називають зоною одночасного сніготанення.
Підземне живлення річок.
Воно визначається характером взаємодії підземних (ґрунтових) та річкових вод.
Виділяють 3 типи взаємодії річкових та ґрунтових вод:
-
наявність постійного
-
наявність тимчасового
- відсутність гідравлічного зв’язку [4].
Перший тип включає два підтипи: наявність одностороннього та двостороннього постійного гідравлічного зв’язку. Характер зв’язку річкових та ґрунтових вод залежить від співвідношення висоти стояння рівня води в річці в повінь та межень, з одного боку, та положення крівлі водотривкого пласта і рівня ґрунтових вод, які над ним знаходяться, з другого.
При дуже низькому положенні водоупору та рівня ґрунтових вод річка протягом всього року через свої береги та дно живить підруслові та прибережні ґрунтові води, тобто постійно втрачає воду на живлення ґрунтових вод.
При більш високому положенні водоупору річка живить ґрунтові води лише в повінь; в межень річка, навпаки, дренує грунтові води та ними живиться. Під час зменшення повені та в межень частина акумульованої в ґрунті води повертається в русло річки. Таке явище називається береговим регулюванням річкового стоку.
В цілому підземні води є одним з найважливіших видів живлення річок. Частка підземного живлення річок становить 30% річкового стоку. Роль підземного живлення особливо зростає в межень, коли живлення інших видів (дощове, снігове) зовсім припиняється.
Льодовикове живлення.
Таке живлення мають лише річки, які витікають з районів з високогірними льодовиками. Внесок льодовикового стоку в сумарний стік річки та регулюючий вплив льодовиків на стік тим більше, чим більша відносна площа зледеніння. Завдяки акумульованим у товщі льодовика великим масам води льодовики впливають на регулювання річкового стоку.
Багаторічне регулювання стоку льодовиками полягає в тому, що тала вода льодовиків компенсує нестачу води в річках в посушливий період. Справа в тому, що підвищення річних температур повітря та низька кількість опадів спостерігаються одночасно.
Сезонне регулювання також виявляється в посиленні танення льодовиків в теплий, посушливий період, коли інші джерела живлення річок виснажуються. Крім того, сам льодовик із порожнинами, заповненими водою, а також його снігово-фірновими товщами, які містять гравітаційну воду, є причиною регулювання стоку [4]/
Зараз поширена класифікація М.Л.Львовича, що ґрунтується на аналізі джерел живлення і річного розподілу стоку [13]. Для визначення переважання того чи іншого типу живлення встановлено три градації. Якщо один з видів живлення дає понад 80% річного стоку річки, мова йде про виключне значення цього виду живлення. Якщо кожне з видів, живлення становить 50-80% стоку, йому надається переважне значення. Якщо кожен з видів живлення менше 50% річного стоку, таке живлення навивається дощовим. Райони поширення річок снігового живлення займають значні площі, великі площі займаюсь басейни річок переважно снігового живлення /Урал, Іртиш, середня частина басейну Дніпра/. Ріки винятково дощового живлення розміщені в Закавказзі та на Далекому Сході в басейні Амуру. Ріки переважно дощового живлення займають басейни рр. Яни та Індигірки, ріки переважно льодовикового живлення приурочені до Головного Кавказького хребта і гір Середньої Азії, друге місце на цих ріках за величиною займає дощове живлення.
Із річок змішаного живлення найбільше поширені з переважанням снігового /басейни р. Лени, ріки Алтаю, Саян. Із річок змішаного, живлення з переважанням дощового відомі ріки Закавказзя, північної частини Чорноморського узбережжя та ін.
1.4. Принципи витрати води в басейні річки.
Дощові води, що поступають на поверхню басейна, а також снігові та льодовикові води, частково стікають у вигляді поверхневого (річкового та схилового стоку), і частково витрачаються на випаровування та інфільтрацію. Втрата атмосферних вод на випаровування є для даного річкового басейна безповоротною, так як вважається, що вони переносяться повітряними потоками за межі басейна. Води, що надійшли в грунт в результаті інфільтрації вважаються «втратами» лише для конкретної ділянки водозбору та для конкретного дощу або періоду сніготанення. Вони потім повернуться в річкове русло у процесі живлення річки підземними водами.
Випаровування з водної поверхні тим більше, чим менша вологість повітря (і більше дефіцит вологості) та більша швидкість вітру. Величина річного випаровування з водної поверхні залежить від природної зони та в середньому дорівнює:
- в тундрі – 200 - 350 мм;
- в лісовій зоні – 350 - 650 мм;
- в степовій зоні – 650 – 1000 мм;
- в напівпустелі та пустелі – 1000 – 1800 мм.
Ці величини і складають витрати річкового стоку на випаровування з поверхні водотоків ( річок, каналів ) та водойм ( озер та водосховищ ) [10].
Випаровування з водної поверхні в конкретних умовах може бути визначено з допомогою метода водного балансу з урахуванням величини зниження в результаті випаровування рівня води в природній водоймі або у штучному випаровувачі. А також з допомогою метода теплового балансу шляхом розрахунку тепла, витраченого на випаровування води та користуючись емпіричними формулами.
Випаровування
з поверхні снігу та льоду залежить
від тих же факторів, що й випаровування
з водної поверхні, але внаслідок
низької температури

- Гідропривід навісної системи трактора типу Т-40
- Гіпноз
- Гіпотеза геї земліі
- Гірськолижний курорт
- Гірськолижний туризм
- Г. Клейнер: Какая экономика нужна России и для чего?
- ГК-форма государственного кредита
- Гироскопические вертикали
- ГИС и ЗИС Российского производства, функциональные возможности, область применения в практике
- Гитлердің канцлер болып тағайындалуы, Германияда фашистердің үкімет басына келуі
- Гібридні інтегральні мікросхеми
- Гібридні методи. Газова хромато-мас-спектрометрія
- Гігієнічні та ветеринарно – санітарні заходи при вирощуванні ремонтних телиць
- Гідрокінезотерапія