Умови формування та розрахунок мінімального стоку басейну Дніпра

Умови формування та розрахунки мінімального стоку річок басейну Дніпра (в межах України)

В Україні внаслідок високої концентрації промислового та сільськогосподарського виробництва навантаження на річковий стік досягло високого рівня, особливо під час меженного періоду, коли спостерігаються мінімальні витрати води і річки живляться переважно підземними водами, часто перемерзають і пересихають. Особливо напружена ситуація з водними ресурсами відносно водоспоживання склалася у розвиненому в економічному відношенні регіоні басейну Дніпра, площа якого в межах України дорівнює 293 тис. км², або приблизно 48 % її території.

Дослідженнями мінімального стоку річок України в 60—70-х роках займалися Чіппінг Г.О., Лисенко К.А. [3].

Нами для аналізу та розрахунків середнього місячного мінімального стоку використані багаторічні по 1997 рік включно матеріали спостережень Гідрометслужби по 75 гідрометричних створах приток Дніпра. Ряди спостережень по окремих пунктах складали 25—70 років. Розглянуті річки та їх водозбори мають різні морфометричні та гідрографічні характеристики, умови формування мінімального стоку, вони розташовані в зоні мішаних лісів, лісостеповій і степовій зонах.

Так, наприклад, площі водозборів змінюються від 126 до 25600 км², похили русла — від 0,2 до 4,4 ⁰/₀₀. Відсоток залісеності водозборів коливається в межах 1—67 %, причому він зменшується з півночі та північного заходу на південь і в басейнах приток Прип`яті становить у середньому 25—30 %, в басейні Десни та річках середньої течії Дніпра — 10—20 %, нижньої течії Дніпра — 1—10 %. Найбільш заболоченими є водозбори західного Полісся, відсоток заболоченості тут досягає 16 %, найменш — середньої та нижньої течій Дніпра (0—3 %). Розораність на окремих водозборах сягає 80 % і більше. Найбільш розораними є басейни приток середньої та нижньої течій Дніпра, найменш — Прип`яті (20—40 %).

Мінімальний стік формується під впливом комплексу фізико-географічних факторів і в першу чергу обумовлений кліматичними та гідрогеологічними умовами, господарською діяльністю.

Водозбори приток Дніпра знаходяться на Придніпровській, Подільській, Волинській, Донецькій, Приазовській височинах та південно-західних відрогах Середньоросійської височини, а також на Поліській, Придніпровській і Причорноморській низовинах.

У межах басейну Дніпра виділяють Дніпровсько-Донецький, Волино-Подільський і Причорноморський артезіанські басейни. Підземні води найбільш поширені на платформі в антропогенних відкладах, і їх розподіл має зональний характер. Вони пов`язані з водно-льодовиковими, піщано-глинистими та алювіальними відкладами. На формування мінімального стоку великий вплив мають розповсюджені карстуючі породи. В межах Волинської та Подільської височин водонасиченими є крейдові породи (крейда, мергель, вапняки), що поширені суцільним покривом по всій території та розчленовані тріщинами на велику глибину. Вони прикриті незначною товщею добре проникних для атмосферних опадів відкладів, і в крейдовій товщі формується потужний водоносний горизонт.

Середня багаторічна температура повітря змінюється від 5,8—7,3 ⁰С у північних і північно-східних частинах басейну до 9,1—9,6 ⁰С у південних. Найвища середня місячна температура повітря спостерігається в липні та коливається від 18,1—18,4 до 22,5—22,8 ⁰С, найнижча — в січні і змінюється від –5,1 … -8,0 до –3,7 … -4,9 ⁰С. Максимальні температури повітря досягають 37—40 ⁰С, мінімальні –31,0 … -38,0 ⁰С. Найбільша глибина промерзання грунтів досягає 120—160 см.

Річні суми опадів у межах окремих водозборів зменшуються в широтному напрямку від 600—650 мм у північно-західних частинах басейну Дніпра до 460—480 мм у південних. Найбільша річна кількість атмосферних опадів, що становить 650—670 мм, випадає у верхній частині басейну р. Стир, що протікає Волинською та Подільською височинами. На 10—15 % збільшується кількість опадів у верхів`ях рр. Горинь, Случ, Тетерів, Рось, Самара. Найменша сума опадів (460 мм) спостерігається в межах водозбору р. Мокра Сура. Відносна частка опадів теплого періоду поступово збільшується з півночі на південь від 60 до 70 % їх річної суми, а в абсолютних величинах, навпаки, зменшується від 330—410 до 310—350 мм. На зимовий і весняний сезони припадає відповідно по 16—28 та 18—23 %, на літній — 35—52 % річної кількості опадів [1].

Середня густота гідрографічної мережі дорівнює 0,30, найбільша — 0,50—0,70 км/км² у верхів`ях рр. Случ, Тетерів, Рось, найменша — 0,20 км/км² на лівобережжі Дніпра між гирлами Десни та Сули. В межиріччях Дніпро—Інгулець, Дніпро—Молочна поширені значні безстічно-подові ділянки з водозбірними басейнами до 1700 км² різної форми та величини загальною площею близько 5000 км². Безстічні ділянки знаходяться також на лівобережжі Дніпра в 100-кілометровій смузі від гирла Десни до м. Черкаси.

На формування мінімального стоку значний вплив має господарська діяльність, зокрема будівництво штучних водойм. У межах розглянутих приток Дніпра налічується близько 10000 ставків і водосховищ загальним об`ємом 2,80 км³, за рахунок якого зарегульованість стоку становить 24 %. Площа водного дзеркала цих водойм складає 1400 км², що в середньому відповідає 0,64 га/км². Площа водного дзеркала штучних водойм на 1 км² площі басейнів змінюється від 0,49 у зоні мішаних лісів до 0,86 га/км² у степовій зоні. В лісостеповій зоні налічується найбільша кількість ставків і водосховищ.

На притоках Дніпра дати початку літньо-осінньої межені відмічаються в квітні-травні, закінчення — в листопаді – першій половині грудня. Середня тривалість літньо-осінньої межені складає 120—160 діб, на малих річках з незначним підземним живленням — 160—180 діб. Після закінчення цієї фази гідрологічного режиму річок розпочинається зимова межень, середні дати якої припадають на кінець листопада – середину грудня. Середня її тривалість складає 60—80 діб, в басейні Десни збільшується до 80—120 діб. Під час літньо-осінньої межені такі річки як Многа, Сліпорід, Грунь, Говтва нерідко пересихають, а в степовій зоні пересихають річки з площами водозборів до 2300—11600 км² (рр. Самара, Вовча, Бик, Велика Тернівка, Сухі Яли, Мокрі Яли, Гайчур, Кільчень, Мокра Сура, Базавлук, Саксагань, Висунь тощо).

Найбільша тривалість пересихання на правобережних притоках Прип`яті досягає 130—270 діб (рр. Вижівка, Стохід) при середньому значенні 60—160 діб, в лісостеповій зоні — від 2—3 діб (рр. Вільшанка, Золотоношка) до 200—230 діб (р. Говтва) при середніх величинах від 35 до 110 діб. У степовій зоні найбільша тривалість пересихання триває 3—45 діб для річок з площами водозборів 2500—11600 км². А річки з меншими водозбірними площами пересихають до 200—300 діб.

Найбільша тривалість перемерзання для річок Полісся складає 30—100 діб (р. Тетерів — с. Троща, Вижівка), лісостепової зони — 70—100 діб (рр. Мерло, Терн, Тагамлик), степової зони — 90—100 діб (рр. Велика Тернівка, Середня Терса).

Частка підземного стоку відносно сумарного для більшості річок становить 0,3—5 %. На закарстованих басейнах (верхів`я річок Стирі та Горині) збільшується до 30—45 %, в басейні Десни (рр. Убідь, Сейм, Снов) і верхніх частинах Псла — до 25—30 %. Коефіцієнти варіації середньомісячного мінімального стоку на закарстованих басейнах дорівнюють 0,30—0,60, на решті збільшуються до 0,60—1,00, а в південних районах і на малих річках їх величина становить 1,50—1,80. Середні похибки розрахунків коефіцієнтів варіації для більшості річок становлять 10—12 %, у південних районах збільшуються до 15—20 %.

Мінімальні річні середньомісячні модулі стоку на окремих водозборах басейну Дніпра зони мішаних лісів змінюються від 1,25—1,80 л/с×км² для закарстованих водозборів (рр. Стир, Горинь) до 0,15 — 0,60 л/с×км² для басейнів Прип`яті (рр. Вижівка, Турія, Стохід, верхів`я Ужа) і Тетерева. Для верхніх і середніх частин басейнів Случі, Уборті, Сейму, Псла їх значення становлять 0,35—1,10 л/с×км². У басейнах річок Сули, Ворскли, центральній частині Псла середній місячний мінімальний стік складає 0,20—0,60 л/с×км², а на правобережних притоках Дніпра лісостепової зони (рр. Рось, Тясмін) — 0,20—0,30 л/с×км², на лівобережних (рр. Трубіж, Супій, Хорол) — 0,05—0,20 л/с×км². У басейні р. Оріль мінімальні середньомісячні модулі стоку змінюються мало за територією і становлять 0,10—0,15 л/с×км². На нижніх лівобережних притоках Дніпра в межах водозбору річки Самари спостерігається найменший мінімальний стік, значення якого не перевищує 0,05 л/с×км². На формування стоку Інгульця, Мокрої Сури, інших річок значний вплив має перекидання стоку з інших басейнів, завдяки чому мінімальні модулі тут підвищуються до 0,05—0,10 л/с×км². Під впливом господарської діяльності середній стік цих річок збільшився на 40—125 %, а на таких річках як Самара — с. Коханівка, Вовча — смт Васильківка, Стугна, Золотоношка, Мокрі Яли, навпаки, зменшився на 10—50 % [2]. Ці чинники значною мірою впливають і на формування мінімального стоку.

Для визначення середніх місячних мінімальних модулів стоку побудовані розрахункові залежності їх значень від глибини врізу русел річок (див. малюнок). На цих залежностях для окремих груп басейнів чітко простежується зв`язок між глибиною врізу русла та середніми місячними мінімальними модулями стоку — із зменшенням глибини врізу русел їх значення збільшуються. За одних і тих самих гідрогеологічних умов, але при різних глибинах ерозійного врізу долин і русел річок спостерігаються неоднакові величини мінімального стоку. Із зменшенням відміток врізу русел прорізається більша кількість водоносних горизонтів і тим більший та стійкий мінімальний стік.

Рис. Залежність середніх місячних мінімальних модулів стоку від глибини врізу русла q_m = f (H_о):

I — річки Стир — с. Щурівці, Стир — м. Луцьк, Горинь — смт Ямпіль, Горинь — с. Оженин, Горинь — с. Деражне; II — річки Стир — с. Млинок, Радоставка — с. Трійця, Случ — с. Громада, Случ — м. Новоград-Волинський, Уборть — с. Рудня-lванівська, Тетерів — с. Троща, Гуйва — с. Городківка; III — річки Прип`ять — с. Річиця, Вижівка — с. Руда, Вижівка — смт Стара Вижівка, Турія — с. Ягідне, Турія — м. Ковель, Стохід — с. Малинівка, Стохід — смт Любешів, Вирка — с. Сварині, Случ — м. Сарни, Тня — с. Броники, Смілка — с. Сусли, Льва — с. Осницьк, Уборть — с. Перга, Уж — м. Коростень, Норин — с. Славенщина, Тетерів — м. Житомир, Гнилоп`ять — с. Головенка, lрша — смт Володарськ-Волинський; IV — річки lвотка — с. lвот, Убідь — с. Кудрівка, Сейм — с. Мутин, Клевень — с. Шарпівка, Псел — м. Суми; V — річки Уж — смт Поліське, Ірша — с. Українка, lрпінь — с. Мостище, Стугна — с. Здорівка; VI — річки Сула — с. Зеленківка, Сула — м. Ромни, Оржиця — с. Маяківка, Псел — с. Запсілля, Ворскла — с. Чернеччина, Ворскла — м. Кобеляки, Мерло — м. Богодухів; VII — річки Золотоношка — м. Золотоноша, Сула — м. Лубни, Ромен — м. Ромни, Удай — м. Прилуки, Перевід — с. Сасинівка; VIII — річки Рось — м. Корсунь-Шевченківський, Росава — смт Миронівка, Вільшанка — с. Мліїв, Тясмин — с. Велика Яблунівка, Серебрянка — с. Балаклія; IX — річки Трубіж — смт Баришівка, Трубіж — м. Переяслав-Хмельницький, Недра — м. Березань, Супій — с. Піщане, Сліпорід — с. Олександрівка, Хорол — м. Миргород; X — річки Оріль — смт Царичанка, Берестова — м. Красноград, Орчик — с. Чернещина, Кільчень — с. Олександрівка Перша; XI — річки Мокра Сура — смт Кринички, Інгулець — с. lскрівка; XII — річки Самара — с. Коханівка, Самара — с. Кочеріжки, Велика Тернівка — с. Богданівка, Вовча — смт Васильківка, Мокрі Яли — смт Грушівський, Гайчур — с. Андріївка, Мала Терса — с. Троїцьке

Як видно з малюнка, можна виділити 12 груп водозборів і розрахункових залежностей. Причому деякі з них (I, III, V, VII, X, XII) мають криволінійний характер, інші — прямолінійний в залежності від комплексу фізико-географічних умов. Ці залежності дають можливість за відмітками глибини врізу русла визначати мінімальні середні місячні модулі стоку за відсутністю даних спостережень.

Оцінка точності визначення середніх місячних мінімальних модулів стоку за цими залежностями свідчить про те, що у 85 % розглянутих басейнів похибки не перевищують 10 %.

Таблиця. Оцінка точності визначення мінімального стоку за залежностями q_m = f (H_о) річок басейну Дніпра

Подальша робота має бути спрямована на дослідження внутрирічного розподілу мінімального стоку та визначення його забезпеченості.

Список літератури

1. Галущенко О.М. Розподіл полів кількості атмосферних опадів на річкових водозборах басейну Дніпра // Вісник Київського університету. Географія. – К.: Київський університет, 1995. –вип. 41. – С. 109—119.

2. Галущенко О.М. Водні баланси та водні ресурси річкових водозборів басейну Дніпра та їх використання (в межах України) // Вісник Київського університету. Географія. – К.: Київський університет, 1998. – вип. 43. – С. 77—81.

3. Гидрологические и воднобалансовые расчеты. Под ред. канд. геогр. наук Н.Г. Галущенко. – К: Вища школа, 1987. – С. 172—225.