География и геология/ 3. Гидрология и водные ресурсы

Яров Я.С.

Одесский государственный экологический университет

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВОДНОГО И ХИМИЧЕСКОГО СТОКА НЕКОТОРЫХ МАЛЫХ РЕК ЗАКАРПАТЬЯ

Состояние горных закарпатских рек за последние годы заметно ухудшилось, что проявляется в количественной и качественной деградации показателей водного и гидрохимического их режима. Между тем, качество воды является крайне важным условием экологической стабильности в регионе.

Цель данного исследования – провести количественную оценку водного и химического стока некоторых рек Закарпатья за многолетний период.

Работы по исследованию водного и химического стока закарпатских рек выполнялись рядом украинских учёных (Горев Л.М., Пелешенко В.И., и др.) по данным опорных постов на больших и средних реках в конкретные периоды водного режима (весеннее половодье, летне-осенняя и зимняя межень). В то же время, ими не рассматриваются вопросы многолетней динамики химического стока, % соотношения поверхностной и подземной генетических составляющих водного и химического стока для малых закарпатских рек.

Объектом исследования явилась р. Рика – наиболее гидрологически и гидрохимически изученный приток р.Тисы, где из 20 гидрологических постов 9 параллельно проводят гидрохимический контроль (табл. 1).

Традиционный способ подсчета стока растворенных веществ заключается в том, что измеренные концентрации ионов относят к определенному временному промежутку (до нескольких месяцев) и подсчитываются средние за выбранный период расходы растворённого вещества по формуле (1):

, (1)

где – расход растворённых веществ (г/с), – концентрация вещества (г/дм³), – средний за расчётный период расход воды (м³/с).

Стандартные гидрохимические данные, обычно используемые для таких вычислений ионного стока, в силу своей эпизодичности не способны адекватно

Табл 1 – Гидрографические характеристики постов в бассейне р.Рики

Река-пост	L (км)	F (км^2)	(%)	(км/км^2)	(м)	Врез русла Н (м)
руч. Йойковец - пгт. Межгорье	1.2	0.39	92.3	3.07	630	523.2
руч. Глубокий Яр - пгт. Межгорье	0.9	0.28	10	3.21	550	275.4
руч. Грабовец - пгт. Межгорье	6	10.2	93.1	1.53	788	755.8
р. Студеный - с.Нижний Студеный	7.5	25.4	18.1	1.6	793	234
р. Лопушна - с. Лопушно	9.4	37.3	78.4	1.2	897	600
р. Пилипец - с. Пилипец	6.2	44.2	19	0.82	820	261
р. Репинка - с. Репино	14	203	21.4	1.39	780	367
р. Рика - пгт. Межгорье	28	550	41	1.51	802	666
Р. Рика - г. Хуст	91	1130	52	1.28	680	963

осветить динамику выноса вещества рекой в заданном створе в различные периоды водного режима. Для повышения точности расчета использована программа «Кадастр», составленная на кафедре гидроэкологии ОГЭКУ. Программа основана на методе кубической сплайн интерполяции переходных коэффициентов проб, которые отобраны в конкретные фазы водного режима и отнесены к грунтовому (если проба отобрана в межень) или поверхностному стоку (если проба отобрана в периоды явно выраженного доминирования поверхностного стока).

Используя информацию по суточному годовому стоку воды, гидрохимическим характеристикам, суточных значениях температур и сумм осадков, программа рассчитывает годовые массивы суточного хода стока воды (м³/с), концентрации вещества (мг/дм³), расхода вещества (г/с) для подземной, поверхностной составляющих и общего стока, комплексный график суточного хода метеоэлементов, расхода воды и вещества (пример приведен на рис 1).

Используя годовые таблицы можно вычислять вынос химического вещества за любой временной интервал (сутки, декада, месяц, сезон, год) по формуле (2):

, (2)

где – вынос вещества (г), S₀ – расход вещества (г/с), t – время (с).

Для выбранных постов расматривались данные по Сa2+, HCO3-, I (сумма ионов) за период 1954-1996 гг. Были рассчитаны годовые таблицы стока и сформированы ряды среднегодовых значений модулей водного (л/с*км2) и химического (т/год*км2) стока, были рассчитаны соответствующие модули стока. Для приведения временных рядов к единому периоду было использовано удлинение рядов.

Анализировалось влияние характеристик водосборов (залесённость, средняя высота, глубина вреза речного русла, густоты речной сети)

рис 1 - Комплексный график выноса [] речным стоком

р.Репинка-с.Репино за 1996г.

на среднемноголетние модули водного и химического стока. Примеры приведены на рис 2 (а, б). Полученные графики связи являются объективным отражением связи между бассейновыми характеристиками и модулями стока.

График хода среднегодовых модулей подземного и поверхностного химического стока (пример - рис 3) показывает значительную динамику модулей поверхностного стока. Ход модулей подземного стока имеет более плавный характер. Пульсации годовых модулей поверхностного стока объясняются паводочным режимом стока горных рек в то время, как объёмы подземного питания более стабильны.

Полученные ряды среднегодовых модулей стока воды и химических веществ прошли статистическую обработку способом наименьшихквадратов (по кривой Пирсона 3 типа), в результате чего были получены кривые распределения и статистические характеристики рядов. Полученные среднемноголетние модули стока воды и химических веществ согласуются с данными альтернативных исследований, что подтерждает корректность подобных оценок, выполняемых по предложенной методике. Коэффициент вариации стока воды C_v для выбранных постов составляет 0,2 - 0,7, что говорит о явно выраженной изменчивости модулей стока. Это, в общем, характерно для горных рек, имеющих нестабильный водный режим. Полученные стандартные ошибки (5-10%) выявили удовлетворительную точность полученных результатов. Анализ полученных % соотношению поверхностной и подземной составляющих водного и химического стока данных показывает, что наибольшая доля поверхностного стока (82% и 70-76% по стоку воды и химическому соответственно) приходится на элементарные водосборы (с площадями 0,28-0,39 км2). Среднее соотношение по водному стоку и химическому составляет соответственно 70:30% и 60:40%. Явно выражена тенденция – при увеличении площади водосбора растёт доля подземного стока

и снижается роль поверхностного. Это объясняется тем, что с ростом площади бассейна происходит рост глубины вреза речного русла и рост

(а)

(б)

рис 2 - Графики связи среднемноголетних модулей стока с характеристиками водосборов (2а – М[Са²⁺]_пов. от залесённости, 2б – М[Са²⁺]_подз. от вреза русла)

степени дренирования основных водоносных горизонтов подземных вод. Если в конкретные маловодные годы соотношение поверхностного и подземного стока составляет до 50:50%, то в многолетнем разрезе объемы поверхностного питания выше подземного более, чем в 1,5 раза.

Выводы – предложенная методика позволила сделать более детализированный расчёт годового хода водного и химического стока исследуемых рек, произвести оценку статистических параметров и

рис.3 – График многолетней динамики модуля стока суммы ионов (т/год*км²) по посту р. Студёный-с. Нижний Студёный

обеспеченности рядов годовых модулей поверхностного и подземного стока. Значения коэффициентов вариации C_v и асимметрии C_s водного и химического стока, рассчитанные для сети постов за многолетний период, позволили предварительно оценить многолетние колебания водности и химического стока выбранных рек Закарпатья. Изменчивость стока в целом достаточно велика для элементарных водосборов, что подтверждается коэффициентом вариации С_v=0.2-0.7.

Также было проведено исследование структурного состава водного и химического стока в бассейне р.Рика по генетическим типам питания. С ростом площади водосбора растет зарегулированность стока, что проявляется в уменьшении доли поверхностного стока и возрастании доли подземного.

В целом, следует отметить, что модули поверхностного (подземного) стока достаточно хорошо подходят для оценки естественных ресурсов поверхностных (подземных) вод, то есть обеспеченности водными ресурсами для водопользования.