Geum.ru

Київський національний університет імені Тараса Шевченка С.І. Сніжкo теорія І методи аналізу регіональних гідрохімічних систем монографія Київ Ніка-Центр 2005

Вид материалаДокументы

Содержание


Системна характеристика та аналіз регіональної гідрохімічної макросистеми житомирського полісся
Подобный материал:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   28

0,054-0,185


Таким чином, в даному розділі викладено основні аспекти розробленої та розвинутої автором впродовж 1994 – 2002 рр. методології дослідження процесів формування хімічного складу природних вод, яка базується на методах системного аналізу та концепціях про багатофакторність формування хімічного складу та про гідрохімічні системи природних вод. Дана методологія логічно поєднує сучасні методи дослідження як системи в цілому, так і окремих її компонентів і дозволяє вирішувати наступні задачі:


- виявлення та ідентифікація факторів формування гідрохімічних систем;


- моделювання впливу антропогенних факторів на формування гідрохімічних систем методами мультиваріаційної апроксимації;


- декомпозиція просторових, процесно-функціональних та речовинно - агрегатних структур гідрохімічних систем;


- дослідження територіальної структури гідрохімічних систем та їх візуалізацію у вигляді процесно-функціональної моделі чи карти районування;


- прогнозування розвитку системи;


- розробка рекомендації для прийняття управлінських рішень, в тому числі щодо оптимізації і стабілізації гідрохімічних процесів у системі.


Основні теоретичні та методичні аспекти розробленої методології гідрохімічних досліджень описані автором у ряді опублікованих робіт [56,141, 142, 145], в тому числі апробовані на наукових конференціях, з’їздах [58, 255].

РОЗДІЛ 4


СИСТЕМНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА АНАЛІЗ РЕГІОНАЛЬНОЇ ГІДРОХІМІЧНОЇ МАКРОСИСТЕМИ ЖИТОМИРСЬКОГО ПОЛІССЯ


Житомирське Полісся є фізико-географічною областю, яка виділяється згідно загальноприйнятої схеми фізико-географічного районування України [272] в межах Українського кристалічного щита.


Територія області виділяється у межах фізико-географічної провінції за неоднорідністю геолого-геоморфологічної будови останньої. Оротектонічні особливості викликають в межах областей суттєві зміни теплового, водного та геохімічного балансів і, як результат, викликають внутрішньозональну диференціацію ґрунтового покриву.


Все це призводить до значної диференціації природних чинників формування хімічного складу поверхневих вод.


Досліджуючи умови формування хімічного складу різних типів природних вод України, В.І. Пелешенко ще в 70-х роках минулого століття запропонував використовувати схему фізико-географічного районування України для регіональних гідрохімічних досліджень, а фізико-географічну область було ним вибрано як “найбільш зручну одиницю районування” з чіткими межами, виділеними за комплексом показників, для отримання найвичерпніших регіональних гідрохімічних характеристик [49].


З точки зору дослідження регіональної гідрохімічної макросистеми поверхневих вод фізико-географічна область ідеально підходить за розміром до категорії регіональних макросистем. Її територія досить добре вивчена в гідрохімічному відношенні. Вона характеризується високою розчленованістю рельєфу і густою гідрографічною мережею, так що територія області може бути легко умовно розділена на безліч елементарних водозборів, які добре характеризують хімічний склад вод місцевого стоку, тобто стоку, який формується під впливом місцевих природних і антропогенних факторів. Вивчення варіаційних просторово-часових рядів гідрохімічних параметрів значної кількості елементарних водозборів за запропонованою нами методикою дозволяє виконати детальний і об’єктивний аналіз регіональної гідрохімічної системи.


4.1. Природні умови формування гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся


Територія Житомирського Полісся в геоструктурному відношенні знаходиться майже повністю в межах північно-західної частини Українського кристалічного (докембрійського) щита, який є частиною Руської платформи і складається з гранітів, лабрадоритів, гнейсів та ін., які в багатьох місцях виходять на денну поверхню.


В геологічній будові беруть участь метаморфічні, місцями магматичні відламкові породи докембрійського фундаменту, перекриті корою вивітрювання і осадочним чохлом. Корінні породи чохла, що виповнюють зниження фундаменту, залягають на сході і півдні області. Решта території вкрита антропогеновими відкладами. Річкові долини виповнені алювієм терас. На півдні області і в межах Словечансько - Овруцького кряжа верхню частину розрізу складають лесовидні породи. Таким чином, на території області є відклади всіх періодів геологічної історії Землі.


Приуроченність території до північно-західної частини Українського кристалічного щита зумовило її більш високе гіпсометричне положення порівняно з іншими областями Українського Полісся, поширення вузьких і глибоких врізаних річкових долин, наявність великих лесових “островів” і меншу заболоченість.


Для області характерний високий рівень залягання кристалічних порід, які у багатьох місцях виходять на денну поверхню і беруть участь у формуванні сучасного рельєфу, впливають на характер річкових долин, поширення підземних вод і характер грунтового покриву. У північній і північно - західній частинах краю переважає слабохвиляста рівнина з незначними коливаннями висот і наявністю мікрозападин. У цілому переважна більшість території області має абсолютні висоти блисько 200м. Максимальні відмітки знаходяться на Словечансько - Овруцькій височині (316м), а мінімальні у нижній течії долини Тетерева (100 – Клімат Житомирського Полісся помірно-континентальний, з теплим вологим літом і м`якою хмарною зимою. Середня багаторічна температура найхолоднішого місяця (січня) становить -60, найтеплішого (липня) +170-+190. Середня річна температура повітря в області становить +60-+70. Найбільші морози бувають у січні, лютому і досягають -300С. Тривалість безморозного періоду 150-170 днів. Сума додатніх температур повітря (понад 10) коливається від 24000 на півночі до 26000 на півдні.


На території області протягом року випадає 550-600 мм опадів. Максимум їх випадає в літні місяці: червень, липень, серпень (40-45% річної кількості опадів. Сніговий покрив рівномірний (10-30 см) і триває 95-11- днів, але не стійкий через часті відлиги.


Під впливом Атлантики характерні стійкі відлиги, коли температура повітря підвищується до 100, а сніговий покрив зовсім зникає. Опади можуть випадати як у вигляді снігу, так і дощу - при глибоких і тривалих відлигах, а також проходженні атлантичних і південних циклонів.


Багаторічні метеорологічні характеристики представлені в таблиці 4.1.


Початок весняного сезону, який характеризується переходом середньої добової температури через 00 у бік зростання, відбувається в середині березня, через +50 температура по всій області переходить близько 10 квітня.


Таблиця 4.1


Багаторічні метеорологічні характеристики Житомирського Полісся


Міста М і с я ц і

Рік


І

ІІ

ІІІ

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII


Середня температура повітря, °С


Житомир

5,6

4,9

0,3

6,8

14,4

16,8

18,7

17,4

13,0

7,4

1,3

-3,4

6,8


Новоград-Волинський

5,7

4,9

0,6

6,6

13,5

16,1

17,9

16,8

12,5

7,0

1,2

-3,5

6,4


Коростень

5,7

5,2

0,6

6,7

14,0

16,9

18,6

17,5

12,8

7,1

1,2

3,5

6,6


Овруч

6,1

5,4

1,1

6,4

13,8

16,6

18,5

17,4

12,7

6,7

1,0

3,5

6,4

Абсолютний максимум температури повітря, °С


Житомир

11

11

20

26

32

34

36

36

32

26

23

12

36


Новоград-Волинський

9

9

19

25

30

33

36

36

32

26

25

12

36


Коростень

9

9

20

26

32

34

37

37

32

26

24

11

37


Овруч

9

9

20

25

32

33

36

36

31

27

25

11

36


Абсолютний мінімум температури повітря, оС


Житомир

-35

-34

-26

-12

-4

-2

5

3

-4

-19

-23

-32

-35


Коростень

-34

-33

-28

-12

-4

2

4

2

-4

-18

-20

-32

-34


Новоград-Волинський

-34

-34

-28

-12

-4

2

4

3

-3

-19

-23

-24

-34


Овруч

-34

-34

-26

-15

-3

1

5

2

-5

-19

-20

-31

-34


Опади, мм


Житомир

27

25

29

40

55

70

81

64

53

40

40

33

557


Новоград-Волинський

27

28

28

38

59

83

86

71

61

44

38

33

596


Коростень

23

22

25

43

67

78

96

70

56

43

35

27

570


Овруч

20

24

31

43

56

78

90

65

56

43

35

27

570


Влітку часто спостерігаються грози з інтенсивними зливовими дощами, коли за одну добу може випасти 100 мм опадів.


Територія Житомирського Полісся має розгалужену гідрографічну мережу. На її території протікає повністю або частково 221 річка (враховано річки довжиною понад 10 км, загальною довжиною 5366 км); всі вони належать до басейну Дніпра.


Найбільшими водними артеріями області є: р. Тетерів з Гнилопяттю, Гуйвою та Іршею; Ірпінь і Здвиж (верхні течії) ; притоки Прип’яті - Уборть, Словечна та Уж з Жеревом і Норином; притока Горині - Случ.


Для річок характерне мішане живлення з переважанням снігового. Понад 50% річкового стоку припадає на талі снігові води. Частка підземних і дощових вод у живленні приблизно однакова.


Льодоутворення на річках області починається, як правило, в кінці листопаду - на початку грудня. Середня тривалість льодоставу 3-4 місяці, середня товщина 0,2-0,4 м.


В залежності від геолого-геоморфологічних умов і рельєфу сформувались географічні особливості річок: характер річкової долини, будова русла, нахил річки, швидкість течії тощо. Річки на півночі області мають більш повільну течію. Заплави лучні, або чагарникові, подекуди заболочені. Річки центральної і південної частини області мають добре вироблені терасові долини. Середня ширина їх становить 0,5-0,8 км (на р. Тетерів - до 4 км); схили високі (10-20 м), часом круті. Русла річок помірно звивисті. Ширина річок у межень на перекатах дорівнює 5-20 м, на плесових ділянках 30-50 м (на р. Случ - до 110 м). Середній похил річок порівняно значний (0,6-1,2 м/км), швидкість течії на перекатах дорівнює 0,1-0,4 м/сек.


Основні гідрографічні характеристики найбільших річок області наведені в таблиці додатку А, гідрохімічні характеристики – у додатку Б.


Тетерів - головна річка області, бере початок на відрогах Волино-Подільської височини. Площа басейну 15300 км2, рівень падіння 0,5 м на км. Ліси займають 15% басейну, болота 4,4%. Другою за значенням і за розмірами річкою Житомирщини, що несе свої води з півдня на північ, є Случ. В межах Житомирщини до Случа впадають річки Смолка, Тня і Церем.


З річок північної частини найбільші Уборть, Уж, Словечна і Жалонь, що несуть свої води до Прип`яті.


Великі площі в області займають болота, які поділяються на низинні і верхові. Ці болота утворюються в результаті періодичного затоплення низинних боліт місцевості річковими водами, характеризуються незначною глибиною, підвищеним вмістом мінеральних сполук. Верхові, мохові болота, утворюються після того, як трав’яні болота перестають систематично заливатись річковими водами, починає змінюватися рослинність, з’являється сфагновий мох, зменшується мінеральне живлення. У лісостеповій частині області переважають низинні болота


Ґрунти в межах Житомирське Полісся за їх механічним складом та фізико-хімічними властивостями досить різноманітні. Найбільш поширені дерново-підзолисті ґрунти (60% ґрунтового покриву), материнськими породами для яких служать піщані і супіщані водно-льодовикові і алювіальні відклади.


На алювіальних відкладах з піщаним механічним складом, розташованих по річкових долинах, переважають піщані ґрунти. Далі від річкових долин ці ґрунти змінюються супіщаними, в деяких місцях - суглинковими.


Дерново-підзолисті, як правило безструктурні, бідні на органічні речовини (вміст гумусу не перевищує 1,2 - 1,9 %), погано затримують вологу, мають підвищену кислотність і тому характеризуються невисокою природною родючістю. Для їх збагачення вносять органічні добрива у вигляді гною, торфогноєвих і гноєземляних компостів, посіву люпину, використовуючи його як добрива. Для нейтралізації кислотності дерново-підзолистих ґрунтів і закріплення органічних речовин потрібне вапнування і внесення мінеральних добрив.


Лучно-болотні і торфо-болотні ґрунти та низинні торфородовища поширені в заплавах рік. Всі ґрунти даного типу перезволожені. Природна родючість їх незначна. Для поліпшення родючості ці ґрунти потребують водоповітряного режиму шляхом осушення.


4.2.Загальна характеристика основних господарських факторів формування гідрохімічної системи


Основними господарськими чинниками, які впливають на формування гідрохімічної системи природних вод Житомирського Полісся є викиди забруднюючих речовин в атмосферу, скидання стічних вод, використання добрив, засобів захисту рослин у сільському господарстві, хімічних меліорантів (вапнування), меліорація перезволожених земель, зміна структури використання земель на водозбірних територіях, селітебне та транспортне навантаження.


Стаціонарними джерелами забруднення в 1998 р. викинуто 26277 т шкідливих речовин, в тому числі 25,2% в м. Житомир. Серед інших міст за обсягом викидів виділяються Бердичів, Коростень, Новоград-Волинський (відповідно 1668, 1652 і 1012т).


На 1 кв.км території припадає у середньому 0,8т викидів. Величина цього показника змінюється із 2,9 т на 1 кв. км у Житомирському до незначного забруднення у Народицькому районах (табл. 4.2).


Таблиця 4.2


Викиди забруднюючих речовин в розрахунку на


1 кв.км території та одного мешканця


На 1 кв.км території, т На 1 мешканця, кг


1996

1990

1985

1996

1990

1985


По області

0,8

2,8

2,7

15,7

55,7

50,8


Андрушівський

0,9

4,8

3,1

21,7

114,3

66,1


Баранівський

0,8

2,0

2,2

16,7

40,7

42,7


Бердичівський1

1,5

4,7

5,6

10,6

32,9

40,4


Брусилівський

0,1

-

-

2,6

-

-


Вол.-Волинський

1,5

4,2

3,2

31,0

88,7

66,8


Дзержинський

0,4

1,8

1,0

11,8

48,4

24,9


Ємільчинський

0,1

0,2

0,2

3,7

7,9

9,2


Житомирський1

2,9

9,5

9,5

9,4

31,2

32,6


Коростенський1

2,0

10,3

8,1

33,8

157,8

116,0


Коростишівський

1,3

7,8

9,5

26,5

158,6

142,7


Лугинський

0,9

1,7

2,2

38,5

66,4

76,7


Любарський

0,1

0,2

0,5

2,3

4,7

10,9


Малинський

1,3

4,9

5,4

23,0

125,9

134,8


Народицький

0

0,2

0,3

3,2

9,0

14,5


Новоград-Волинський1

0,6

2,7

2,3

11,3

51,9

44,0


1 Дані наведені з урахуванням відповідних міст


В середньому на 1 жителя викиди становлять 15,7 кг (1996 р.), в тому числі 38,5 кг у Лугинському і 2,3 кг Любарському районах.


Один з найбільших забруднювачів атмосферного повітря є автомобільний транспорт. Його викиди перевищують 80% від загального обсягу викидів по області (в Україні - 60%). Серед галузей промисловості найбільше забруднюють повітря підприємства харчової, машинобудівної та промисловості будівельних матеріалів.


Викиди оксидів азоту - NО2 (сумарний викид оксидів азоту NО та діоксидів азоту NО2, виражених у вигляді NО2) в атмосферне повітря за період 1994-1998 рр. знизились на 49%. Середньорічна концентрація діоксидів азоту в атмосферному повітрі збільшилась на 38%.


Внаслідок забруднення природних вод різними хімічними речовинами, в першу чергу кислотоутворюючими сполуками сірки та азоту, може значно підвищитись їх кислотність, що може призвести до порушення рівноваги гідрохімічної системи.


Характер водоспоживання та водовідведення є також одним із головних чинників формування сучасного гідрохімічного режиму та якості поверхневих вод, адже забір води з річки – це свого роду зменшення її витрат води, тобто зменшення об’єму води, яка приймає участь у розчиненні солей, що надходять у річку зі стічними водами.


Спеціальні дослідження показали, що вплив стічних вод уже буде відчутним до хімічного складу води річки, коли, наприклад, при витраті менше 200 л/с буде скинуто 1,0 л/с стічних вод, або що є рівноцінним, при витраті води річки менше 400 м3/добу буде скидатись 2,0 м3/добу стічних вод і т.д. При цьому за рівних інших умов найбільш суттєві зміни відбуваються між зв’язками іонів Cl, SO42-, Na++K+ і витратами води за рахунок значних концентрацій цих іонів у стічних водах, тобто вплив стічних вод на хімічний склад води річки буде спостерігатись при співвідношенні витрат води річки і стічних вод меншому 200:1 [275, 276].


Співставлення витрати води річки (Q) з об’ємом стічних вод (q) і об’ємом води, що забирається (q’), а потім разом з об’ємом стічної води і води, яка забирається (q+q’), показує, що найменшими значеннями характеризується Q/q+q’, тобто забір води із річки являє собою свого роду “добавку” до стічних вод (табл. 4.3).


Таблиця 4.3


Співвідношення витрат води річки (Q), об’єму стічної води (q), води, що відбирається з річки (q’), (за Д.В.Закревським, 1991)


Річка-пункт

Q/q

Q’/q’

Q/q+q’


Уборть-с. Перга

284

300

146


Уж – м. Коростень

95

19

16


Тетерів–м. Житомир

29

11

8


Уж – смт. Поліське

106

180

67


У заборі води з усіх джерел по Житомирській області також спостерігається зменшення з роками. Якщо в 1986 р. з усіх джерел було забрано 339,7 млн. м3, то в 1996 р. цей показник знизився до 178,2 млн. м3, що на 52,5% менше, ніж у 1986 р. Забір води з поверхневих джерел також зменшився від 236,5 млн. м3 в 1986 р. до 196,0 млн. м3 в 1990 р. і до 90,3 млн. м3 в 1996 р. (табл. 4.4).


Загальна тенденція зменшення спостерігається як щодо забору води з усіх джерел області, так і щодо поверхневих джерел в цих найбільших містах області (Житомир, Бердичів, Коростень, Новоград-Волинський) і всіх адміністративних районів.