Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Информационная обеспеченность и методика изучения водного режима рек 9
1.1. Гидрологическая изученность и аналитический обзор литературных источников 9
1.2. Методические основы изучения характеристик водного режима 15
1.3. Методы гидроэкологичекой оценки района исследования... 23
Глава 2. Природные факторы формирования гидрологического режима рек 27
2.1. Основные факторы формирования водного режима 27
2.1.1. Общая характеристика климата 28
2.1.2. Геологическое строение 33
2.1.3. Рельеф 38
2.1.4. Почвенный покров 41
2.1.5. Растительный покров 45
2.2. Гидрография и характеристика речных бассейнов 50
2.2.1. Реки бассейна Днепра 55
2.2.2. Реки бассейна Дона 58
2.3. Районирование территории по условиям формирования стока 66
Глава 3. Водные ресурсы района исследования 73
3.1. Водный режим территории Белгородской области 73
3.2. Общая характеристика речного стока 83
Глава 4. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим территории Белгородской области 89
4.1. Общая характеристика основных факторов хозяйственной деятельности 90
4.2. Типизация по величине антропогенной нагрузки 113
4.3. Последствия воздействий хозяйственной деятельности на водный режим Белгородской области 116
4.4. Рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов Белгородской области 126
Заключение 131
Библиографический список 134
Приложение 148
- Методические основы изучения характеристик водного режима
- Гидрография и характеристика речных бассейнов
- Последствия воздействий хозяйственной деятельности на водный режим Белгородской области
- Рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов Белгородской области
Введение к работе
Актуальность исследования заключается в оценке гидроэкологического состояния речных бассейнов для оптимизации условий водоснабжения на территории Белгородской области. Гидрометрические измерения имеющихся сетевых станций не вскрывают причин неоднородности условий формирования водного режима рек, не обеспечивают информацией о состоянии бассейнов, тем более не позволяют судить о влиянии хозяйственных процессов, протекающих на водосборе. Между тем Белгородская область характеризуется высоким уровнем развития хозяйства, что определяет в свою очередь высокую степень использования природных вод. Многолетнее преобразование естественной поверхности водосборов породило проблему изменения гидрологического режима территории. Ежегодное водопотребление, сбросы сточных вод, распашка склонов, сведение лесной растительности, увеличение стоконарушенных территорий в пределах бассейнов создают угрозу исчезновения некоторых речных систем.
Многие элементы этого негативного процесса присущи и территории Белгородской области. Возрастающее потребление воды при неравномерном распределении водных ресурсов во времени и пространстве, а также антропогенное преобразование естественного водного режима порождают необходимость экономного использования одного из важнейших природных ресурсов, имеющих ограниченные запасы. Учитывая то, что изменения на водосборе ведут не только к количественной, но и качественной трансформации речных вод, во многих районах Белгородской области возникла проблема дефицита воды необходимого качества.
Данное исследование направлено на изучение физико-географических закономерностей формирования местного стока, а также выявление трансформации речного стока под влиянием хозяйственной деятельности человека, разработку рекомендаций по рациональному использованию водных ресурсов.
Основной целью работы является гидроэкологический анализ водного режима территории Белгородской области.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
- определение методики исследований местного стока, анализ гидрологической изученности региона;
- выявление физико-географических особенностей и основных факторов формирования водного режима территории;
- уточнение количества и протяженности постоянных водотоков, картографирование гидрологических объектов с применением компьютерных технологий;
- районирование Белгородской области по однородности условий формирования речного стока;
- составление базы данных, содержащей информацию о морфометриче-ских, гидрологических и водно-балансовых характеристиках речных бассейнов;
- типизация территории по величине антропогенной нагрузки;
- обоснование мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов.
Объектом изучения являются водные ресурсы Белгородской области.
Предмет - природно-антропогенные процессы на речных водосборах, определяющие водный режим территории и состояние водных ресурсов района исследования.
Методологическую основу составляет комплексный подход с применением сравнительно-географического, водно-балансового, статистического, картографического методов, ГИС-технологий. Системная взаимосвязь между ландшафтной структурой водосбора и характеристиками стока рек изучалась с помощью ландшафтно-гидрологического подхода. Использованы также аналитические методы для изучения вклада различных факторов в формирование величин годового стока и осадков. Теоретической базой послужили концепции, теории и гипотезы, представленные и обоснованные в трудах В.Г. Глушкова, В.Г. Глухова, Г.П. Калинина, Н.И. Коронкевича, Н.И. Корытного, А.В. Рождественского, А.И. Чеботарева, О.А. Алекина, A.M. Владимирова, В.Е. Водофецкого, А.И. Субботина, И.А. Шикломанова и др. Исходными материалами послужили результаты полевых исследований соискателя (2001-2005 гг.), отечественные и зарубежные литературные источники, периодическая печать, справочные и статистические данные, картографическая продукция различных масштабов, данные регулярных наблюдений гидрологических постов и метеостанций, а также фондовые материалы научно-исследовательских и производственных организаций, в том числе Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей природной среды, Отдела водных ресурсов по Белгородской области Донского Бассейнового водного управления, отчеты и доклады Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Белгородской области.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Методика гидроэкологического анализа природных условий и антропогенной деятельности в речных бассейнах.
- Результаты анализа основных физико-географических факторов формирования водного режима; районирование территории Белгородской области по условиям формирования местного стока.
- Результаты анализа основных антропогенных факторов, влияющих на естественный режим рек; типизация территории по величине антропогенной нагрузки на речные водосборы региона.
- Рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов исследуемой территории.
Научная новизна заключается в том, что в диссертации впервые использована методика комплексной оценки речных бассейнов, учитывающая природные условия формирования местного стока и особенности хозяйственной деятельности, что позволило произвести типизацию речных водосборов по величине антропогенной нагрузки. Эта методика апробирована в условиях Белгородской области; в результате обоснованы мероприятия по улучшению гидроэкологического состояния водосборов. Проведена инвентаризация искусственных водоемов; составлен перечень прудов и водохранилищ Белгородской области, дополняющий Государственный водный кадастр (ГВК). Дана сравнительная характеристика качественного состава речных вод во времени и пространстве. В ходе работы впервые составлены карты с применением ГИС-технологий: гидрографической сети Белгородской области (с выделением границ основных бассей нов), районирования территории Белгородской области по условиям формирования стока, искусственные водоемы Белгородской области.
Практическая ценность исследования. Результаты диссертации имеют практическое значение для совершенствования системы управления водохозяйственного комплекса Белгородской области, создания системы регионального мониторинга водных объектов и обоснования мероприятий по охране водных с ресурсов. Полученные автором результаты использованы при разработке прак тических занятий по курсу «Общая гидрология», читаемого в БелГУ, учебно ф методического пособия «Малые водные объекты и их экологическое состояние», а также при выполнении научно-исследовательской темы № 293-04 «Обследование береговой полосы Белгородского водохранилища» (БелГУ, 2004). Материалы исследования были включены в ежегодный доклад «Состояние окружающей среды и использование природных ресурсов Белгородской области в 2003-2004 годах» (2005 г.).
Реализация и апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-методической конференции «Экология - образование, наука и промышленность» (Белгород, 24 января, 2002 г.), V и VI Международных научно-практических конференциях «Экология. Человек. Общество» (Киев, 14 мая 2002 г.; 15 мая 2003 г.); Международной конференции молодых географов «География и окружающая среда» (Белгород, 25 сентября 2002 г.), Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 14 сентября 2004 г.).
Достоверность результатов исследования подтверждается использованием большого объема исходных данных стационарных пунктов государственной гидрологической сети, анализом фондовых материалов водо-охранных организаций и экологических служб, а также натурными исследованиями автора; применением современных методов статистической обработки исходной информации, сопоставлением результатов исследования, полученных различными методами.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в полевых работах, сборе и обработке фактического материала, в обработке статистических исходных данных, анализе и обобщении результатов, в формулировании выводов.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из которых 1 книга в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений, общим объемом 180 страниц. Текстовая часть включает 17 таблиц, 31 рисунок. Библиографический список литературы насчитывает 143 наименования, в том числе 2 иностранных. Приложения содержат рисунки, таблицы и фотографии.
В первой главе, носящей обзорный характер, анализируется степень изученности водного режима территории Белгородской области, отражена динамика развития наблюдательной сети за гидрологическими параметрами водотоков, а также дается описание методов их изучения.
Во второй главе анализируются основные зональные и азональные физико-географические условия, обусловливающие процессы формирования природных вод региона, дается общая характеристика гидрографической сети речных бассейнов. Завершается глава районированием территории Белгородской области по однородным условиям образования стока.
В третьей главе дается описание водного режима исследованной территории, том числе бассейнов, с привлечением данных гидропостов по фазам водного режима.
Четвертая глава посвящена анализу влияния отдельных видов хозяйственной деятельности на режим и качество природных вод.
В заключении приводятся основные выводы и рекомендации.
Методические основы изучения характеристик водного режима
Задача количественной оценки влияния хозяйственной деятельности на гидрологический режим территории очень сложна. Это объясняется тем, что на водосборе действует множество факторов хозяйственной деятельности, последствия которых нередко носят противоположный характер. Кроме того, эти воздействия накладываются на естественные природные процессы, которые по величине могут превышать антропогенное влияние. Для решения вопроса в гидрологической науке существует большое разнообразие методических приемов и способов, но многие из них малоэффективны, недостаточно совершенны и не позволяют получить объективных результатов.
Многие специалисты [9, 24, 38, 67, 80, 128] пришли к выводу, что изучение гидрологических процессов и явлений, а также антропогенных факторов, действующих в пределах водосборов, должно опираться на комплексный анализ всей географической ситуации. Такое исследование предусматривает применение одновременно различных методических приемов, позволяющих уверенно выявить роль основных видов хозяйственной деятельности в изменении водного режима территории.
Процесс познания гидрофизических процессов, протекающих на водосборе, связан с применением географического метода. Основы географического направления в гидрологии были заложены в 30-50-е годы трудами многих ученых и получили развитие в 70-80-е годы в связи с внедрением в гидрологические исследования новых достижений в области физической географии, в особенности ландшафтоведения и геосистемного анализа, с накоплением материалов экспериментальных гидрологических исследований, совершенствованием приемов статистического анализа пространственно-временной изменчивости гидрологических элементов, более глубоким пониманием физических процессов, происходящих на водосборе. Возникло несколько направлений географического метода.
Географо-гидрологический метод сформулирован В.Г. Глушковым в 1931-1933 гг. Этим методом познания выявляют зависимость водного режима от конкретных факторов на водосборе. В одной из работ [38] он писал: «Географо-гидрологический метод устанавливает причинную связь вод данного региона... с географическим ландшафтом в целом, включая сюда, кроме климата, геологию и геоморфологию, почвы и растительность». Теоретической основой этого метода являются представления о цельности и неразрывности природной среды, взаимосвязи и взаимообусловленности всех компонентов ландшафта, которые могут быть обобщены в важнейшее для гидрологии положение, заключающееся в том, что природные воды тесно связаны с географическим ландшафтом, составляют его неотъемлемую часть, находятся с ним в постоянном взаимодействии [49].
В своих исследованиях выдающиеся ученые-гидрологи: Б.Д. Зайков, Б.А. Апполов (1963); К.П. Воскресенский (1962); В.Г. Андреянов (1959); П.С. Кузин, В.Н. Бабкин (1979); Г.П. Калинин (1968); В.Д. Комаров, (1959); В.Г. Глушков (1961) и др., занимавшиеся изучением взаимосвязи процессов: поступления воды на поверхность бассейна — формирования стока — просачивания в почву — испарения с поверхности в различных физико-географических зонах, широко использовали географо-гидрологический метод.
Географо-гидрологический метод строится на комплексном подходе к исследованию вод суши на изучении физической природы гидрологических процессов, их проявления в конкретных географических условиях и выявлении на этой основе причинно-следственных связей. Этот метод применим при изучении условий формирования речных вод в многоводные и маловодные фазы стока и при разработке методов его расчета вследствие недостаточности или отсутствия данных систематических наблюдений [23].
Кроме того, географо-гидрологический метод учитывает не только естественно-природные условия, но и факторы воздействия хозяйственной деятельности на сток, что позволяет определить предел антропогенной нагрузки на водосборах, объективно дать гидрологическое обоснование планируемых схем комплексного использования и охраны природных ресурсов бассейнов рек [111].
В анализе и расчетах речного стока географо-гидрологический метод реализуется в виде так называемого метода географических обобщений. Результаты подобных обобщений представлены в картах и расчетных эмпирических зависимостях. С их помощью определяли расчетные характеристики стока для конкретного речного створа на основе принципов географической аналогии и географической интерполяции.
Основы метода гидрологической аналогии были заложены В.Г. Глушко-вым в конце 20-х гг. и впоследствии развиты рядом советских гидрологов. Сущность метода заключается в подборе рек-аналогов, по которым имеется ряд наблюдений за стоком, с одной стороны, и рек, находящихся с ними в сходных физико-географических условиях, с неизученным водотоком (расчетные реки). Гидрологические характеристики изученной реки распространяются или используются для определения подобных характеристик неизученной реки, что дает основание для переноса той или иной характеристики стока с бассейна-аналога на другой, неизученный бассейн [23]. Метод предполагает целостность географического ландшафта и взаимосвязь его элементов, что дает основание судить о близости характеристик стока для речных бассейнов со сходными физико-географическими условиями.
Поскольку систематические наблюдения на территории Белгородской области осуществляются в основном по более крупным рекам, для изучения стоковых характеристик малых водосборов можно воспользоваться методом гидрологической аналогии, при этом нужно учитывать присущие каждой реке зависимости исследуемой характеристики стока от определяющих его факторов.
Метод географической интерполяции также предложен В.Г. Глушковым. Он учитывает плавное и непрерывное изменение характеристик речного стока от зоны к зоне. Зональные закономерности речного стока отражены в картах и схемах, выполненных способом изолиний.
Гидрография и характеристика речных бассейнов
Рельеф, климатически условия, геологическое строение и гидрогеологические особенности территории обусловили основные черты гидрографической сети. Ее расположение определяет Среднерусская возвышенность, которая является водоразделом трех крупных речных бассейнов ЕТР: Волги, Дона и Днепра. По территории Белгородской области в направлении с северо-востока на юго-запад простирается водораздельная возвышенность, отделяющая речные системы притоков р. Днепра (Сейм, Псел, Ворскла) от речных систем притоков р. Дона (Северский Донец, Оскол).
На современный гидрографический рисунок района исследования оказали влияние многие факторы: тектонические движения, послеледниковые эрозионные процессы, неотектоника, климатические условия природной зоны, в пределах которой расположен данный регион, а также антропогенная деятельность человека, оказывающая в последнее время, превалирующее значение [88].
Гидрографическая сеть водосборов представлена постоянно действующими реками и ручьями, а также временными водотоками, возникающими в период весеннего снеготаяния или интенсивных дождей в летне-осеннее время, и озерами, болотами, искусственными прудами и водохранилищами (рис. 2.4).
Первичным звеном гидрографической сети являются лощины и ложбины, где происходит начальное формирование стока. Эти эрозионные формы затем перерастают в овраги и балки, способные аккумулировать атмосферные осадки [86]. Дождевые и талые воды, стекая по углублениям земной поверхности в направлении уклона, образуют водотоки. Водотоки значительных размеров, питающиеся атмосферными осадками со своего водосбора, и имеющие четко выраженное сформированное самим потоком русло, называются рекой [84]. Реки -основа гидрографической сети. Они располагают основными водными ресурсами. Белгородская область имеет сравнительно густую и разветвленную речную сеть, неравномерно распределеную по ее территории, а в отдельных местах - до 1,6-1,2 км/км2. Восточнее реки Оскол густота речной сети уменьшается до 0,15-0,10 км/км . Средняя густота - 0,12 км/км .
Все реки, за исключением р. Оскола и его левого притока Убли, берут начало в пределах области и имеют в основном субмеридиональное и меридиональное направления, исключение составляют левые и правые притоки р. Оскола (Осколец, Орлик, Халань, Холок, Казинка, Котел), а также р. Заосколье -Потудань, Усердец, Тихая Сосна, Черная Калитва [98]. Используя топографическую карту Белгородской области 2000 года издания, выполненную в масштабе 1:200 000, мы выделили 14 наиболее значимых по размеру речных систем: Илек, Пена, Ворскла, Псел, Сейм, Северский Донец, Уды, Нежеголь, Оскол, Валуй, Айдар, Потудань, Тихая Сосна, Черная Калитва. В пределах каждой системы определены порядковый состав, количество и протяженность водотоков современного периода.
Порядковый состав эрозионных форм в пределах бассейнов рассчитывался по карте, составленной В.И. Петиной (1999), в масштабе 1:200 000. Структура порядков эрозионных форм построена по схеме Стралера-Философова [96]. Нами подсчитаны количество порядков в пределах бассейнов. Всего насчитывается 7 порядков, включая один седьмой порядок (Северский Донец), 6 - шестых порядков (Ворскла, Оскол, Северский Донец, Нежеголь, Тихая Сосна, Айдар), 18 - пятых порядков, 80 - четвертых порядков, 332 - третьих порядков, 1658 - вторых порядков, 6086 - первых порядков (табл. 2.3). Постоянные водотоки, как правило, являются третьим порядком в эрозионной системе [142]. Территорию Белгородской области дренируют 575 постоянных водотоков различной длины, общей протяженностью 3923 км. Насчитывается 247 постоянных водотоков длиной более 3 км [143, 144]. Количество рек протяженностью 10 км и более - 97 единиц. Из них 57 рек имеют длину главной реки от 10 до 25 км, а 40 рек - более 25 км. Рек длиною 100 км и более в пределах области насчитывается четыре: Оскол (205 км), Северский Донец (100,5 км), Ворскла (114 км), Тихая Сосна (108 км). Подавляющее большинство рек (62 %) — притоки Дона, 38 % водотоков - притоки Днепра.
Все имеющиеся постоянные водотоки объединили в классы по их длине, подсчитали их количество в пределах каждого класса, а также протяженность рек и ручьев в границах области. Систематизированные материалы оформили в виде табл. 2.4.
Таким образом, 97 % всех водотоков относятся к категории «мельчайших» и «самых малых». Реки Псел, Сейм, Северский Донец составляют класс «больших» рек, но в пределах области их длины невелики - суммарная протяженность равна 177 км [145].
Малые реки - основные элементы гидрографической сети, питающие средние и большие. В Белгородской области они составляют 80 % общей протяженности.
За последних два-три столетия, в связи с истреблением лесов и расширением сети действующих оврагов, в верховьях многих речек заметно понизился уровень грунтовых вод, что привело к смещению истоков вниз на значительные расстояния от прежнего местоположения. Так, исток Северского Донца с семидесятых годов XIX в. переместился ближе к устью примерно на 20 км. На такое же расстояние передвинулся с 30-х годов XX столетия вниз по долине исток Сейма.
Характерная черта речных бассейнов Белгородской области - слабое их развитие в ширину. Особенно показательны в этом отношении Оскол, ширина которого в пределах области в среднем составляет 55 км, а местами уменьшается до 15 км, и Северский Донец - ширина его 12 км. Еще одной особенностью большинства рек является сильная извилистость, а порой и резкое изменение общего направления течения. Поскольку поверхность территории приподнята над уровнем океана в среднем на 200 м, все реки являются типично равнинными и имеют незначительные уклоны. Это служит причиной их медленного и спокойного течения, со средней скоростью 0,3-0,5 м/с. И только на перекатах скорость может возрастать до 0,8-1,0 м/с [144].
Средняя густота речной сети - 0,12 км/км . Но по территории области она неодинакова: если в более возвышенной (западной и центральной) части она состав-ляет около 0,2 км водотоков на 1 км водосборной площади, а в отдельных местах до 1,6-1,2 км/км , то восточнее Оскола уменьшается до 0,15-0,10 км/км [15]. Большинство речных систем имеют хорошо разработанные, широкие (5-Ю км), глубоко врезанные в коренные породы долины, с резко выраженной асимметрией склонов: правые склоны высокие, крутые, часто обрывистые, а левые — пологие, низменные.
На протяжении четвертичного периода реки испытывали ряд последовательных омоложений, о чем свидетельствуют речные террасы. Они представляют собой остатки более древних днищ рек, когда последние были значительно многоводнее и еще не так глубоко врезаны в земную кору, как в настоящее время. Долины крупных рек имеют две-три древние террасы и хорошо выработанную современную, образовавшуюся в относительно недавнее время, т.е. пойму. Пойменные террасы преимущественно двухсторонние, с преобладанием левобережной части. Их ширина варьирует от 100 м до 2-3 км. На пойменных террасах выделяются две ступени: пониженные (ежегодно затапливаемые) и повышенные (затапливаемые при больших половодьях) [83]. Рассмотрим основные морфометрические характеристики речных бассейнов Белгородской области.
Последствия воздействий хозяйственной деятельности на водный режим Белгородской области
Гидроэкологическое состояние территории определяется не только ее природно-климатическими особенностями, но и интенсивностью эксплуатации естественных ресурсов бассейнов рек, что ведет не только к количественным изменениям, но и качественным преобразованиям. Объемы забранной воды из природных источников используются на различные хозяйственные нужды, а затем возвращаются в водные источники. Но в процессе материального производства некоторый объем воды теряется безвозвратно. Безвозвратные потери воды в различных отраслях народного хозяйства неодинаковы по объемам и обуславливаются спецификой технологического процесса. В Белгородской области особенно высокими потерями характеризуется период с 1990 по 1992 гг. (рис. 4.9). С 1993 по 1999 гг. в связи с постепенным уменьшением водопотребления в промышленном, сельскохозяйственном производстве объем безвозвратных потерь значительно уменьшился почти в 2,8 раза и к 1999 г. составил 0,114 км3. С 2000 по 2004 гг. безвозвратное водопотребление характеризуется относительным постоянством. Велики безвозвратные потери в коммунальном хозяйстве, что связано со многими факторами: несовершенством водопроводно-канализационных систем, с расходованием воды на испарение по пути ее движения, личными Безвозвратный расход воды в промышленности, как правило, составляет незначительную долю от водозабора, но очень сильно колеблется в зависимости от ее отраслей, характера водоснабжения, технологического процесса и в совокупности составляет 31 %. В сельскохозяйственном водоснабжении вода расходуется на орошение культур, испарение и транспирацию, водопой скота и т.п. Безвозвратный расход в сельскохозяйственном производстве равен 12 %. В целом для Белгородской области безвозвратные потери составляют 92,6 тыс. м3/год - это 3,3 % от общих водных ресурсов и 3,6 % от местного стока. Качество воды — это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования. Качество воды оценивается комплексом разнообразных показателей.
Однако в зависимости от степени загрязненности воды и вида водопользования число и набор показателей, достаточных для характеристики ее качества может существенно изменяться. Основными показателями качества воды являются: ионный состав, общее солесодержание, цветность, запах и вкус, жесткость, щелочность, содержание железа, и других элементов. Загрязнение поверхностных вод - это процесс изменения физических, химических или биологических свойств природных вод при попадании в них различных веществ, что может оказать вредное воздействие на человека и природу, а также ограничить возможность использования воды [71]. Загрязнение природных вод обусловлено многими причинами как естественного, так и техногенного характера. Естественное изменение качества воды происходит постоянно, но оно сбалансировано процессами самоочищения вод за счет их круговорота в природе [126]. Техногенное загрязнение поверхностных вод идет в двух направлениях: прямым путем и диффузным.
Основная масса сточных вод недостаточно очищенная, а в аварийных случаях и вовсе неочищенная, поступает в реки и водоемы прямым путем. В несколько меньших количествах отравляющие вещества попадают в водоемы в растворенном виде из почвенного слоя или с атмосферными осадками. Концентрации различных загрязняющих веществ, присутствующих в речной воде, характеризуются сложной и временной динамикой и зависят от: количества поступающей атмосферной влаги на поверхность водосбора; объемов сброса загрязняющих сточных вод; скорости процессов самоочищения и осаждения; объема водной массы [94]. Поэтому определение класса качества воды является весьма условным. В настоящее время известно более 2000 веществ, загрязняющих водоемы [126]. Отсюда возникает необходимость установления критериев чистоты водных объектов. Основную сложность при оценке качества воды вызывает выбор показателя качества. Необходимые требования к нему — его компактность. Но, как правило, в водоемах содержатся загрязняющие вещества, превышающих предельно-допустимые концентрации (ПДК), и требующие множества измерений в год, что затрудняет их анализ. В системе Росгидромета рекомендовано вычислять обобщенный показатель — индекс загрязненности воды (ИЗВ). Из общего количества загрязняющих веществ выбираются четыре с наиболее часто повторяющимися превышениями ПДК концентрациями. Также привлекаются показатели, независимые от их количественных значений: растворенный кислород (( и биологически продуктивный кислород (БПК5).
Рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов Белгородской области
Общий объем водопотребления в Белгородском регионе во второй половине XX столетия увеличивался ускоренными темпами, что связано, главным образом, с развитием металлургической, химической и машиностроительной промышленности и ростом населения, повышения уровня благоустройства городов и населенных пунктов.
Сейчас стало очевидно, что районах с ограниченными водными ресурсами и интенсивным антропогенным воздействием на природную среду рациональное водопользование возможно лишь при условии полного учета всех природоохранных требований. Важнейшей задачей является определение таких природоохранных мероприятий, которые могли бы устранить, или смягчить, отрицательные последствия антропогенного воздействия на природную среду при наименьших капитальных затратах. В Белгородской области оно может быть обеспечено путем: 1. Комплексного использования подземных и поверхностных вод за счет применения искусственного пополнения ресурсов верхних водоносных горизонтов. 2. Прогнозирования воздействия крупных водозаборов на речной сток, почвенно-растительныи покров и гидролого-гидрохимический режим района их работы. 3. Проведения мониторинга поверхностных и подземных вод. 4. Применения полного комплекса водорегулирующих и водоохранных мероприятий на речных водосборах.
Определение конкретного состава комплекса природоохранных мероприятий для каждого речного водосбора производится с учетом при-родно-хозяйственных условий, развития негативных природных процес сов, типизации по интенсивности антропогенного воздействия на природную среду, величины последствий хозяйственной деятельности человека и показателей экономической и экологической эффективности проведения природоохранных мероприятий.
Состав природоохранных мероприятий должен соответствовать условиям каждого из речных водосборов [115, 116]. Проведенный нами гидроэкологический анализ территории Белгородской области позволил выявить водосборы с высокой антропогенной нагрузкой на местные ресурсы (Северский Донец, Оскол, Нежеголь, Ворскла, Уды). Для рационального водопользования в этих бассейнах рекомендуем сооружать фильтрующие водоемы, где балочная сеть сформирована в водопроницаемых породах. Они способны улавливать твердый сток, предохраняя реки от заиления и одновременно увеличивать питание верхнего горизонта подземных вод, что создает условия для искусственного регулирования подземного стока. Особенно благоприятными условиями для строительства этих водоемов обладают Восточный и Юго-восточный районы Белгородской области, где на значительной части характеризуемых районов зона аэрации сложена хорошо водопроницаемыми породами и имеет мощность 10-20 м (коэффици-ент фильтрации 0,5-1 л/с/км ), наличием балок, пригодных для строительства таких водоемов.
Искусственное регулирование запасов подземных вод применяется относительно давно в Великобритании, Франции, Германии, США и др. Бассейновый метод искусственного пополнения наиболее широко распространен в Швеции и Голландии, кроме бассейнов, часто применяются инфильтраци-онные каналы, в США - борозды и затопление понижений.
Опыт искусственного пополнения подземных вод имеется также в России и странах ближнего зарубежья. Система искусственного пополнения верхних водоносных горизонтов Центрального Черноземья разработана В.М. Смольяниновым (1972, 2001, 2003). Им установлено, что на большей части территории Белгородской области имеются условия, как для локального под питывания подземных вод, так и для увеличения общих ресурсов водоносных горизонтов. Основным источником пополнения здесь может быть неиспользуемая в настоящее время часть весеннего склонно-балочного стока в объеме 1,3 км , емкость балочной сети здесь составляет 223,3 км , емкость зоны аэрации - 119,8 км3. При искусственном пополнении подземных вод можно производить локальное подпитывание водоносного горизонта около подземного водозабора для увеличения его производительности, или проводить водорегулирующие мероприятия на всей площади питания водоносного горизонта.
За счет использования методов искусственного пополнения величина естественных ресурсов основных горизонт подземных вод в области может быть значительно увеличена. Наиболее благоприятные условия для их проведения имеют площади распространения верхнедевонского, верхнемелового, девонского горизонтов, менее неблагоприятные - на большей части неогенового и альбского горизонтов.
Северный и Северо-западный районы отличаются низким значением инфильтрации атмосферной влаги, поэтому нами рекомендуется проводить на данных водосборах мероприятия по искусственному облесению по овраж-но-балочной сети, что может значительно улучшить водно-физические свойства почвогрунтов.
На водосборах рек Осколец, Северский Донец, Болховец (Везелка), где ухудшение качества поверхностных вод наносит значительно больший ущерб, мероприятия по очистке промышленно-бытовых стоков приобретают первостепенное значение. Очень эффективными являются безотходные и малоотходные технологии, при которых воздействие на природную среду не превышает уровень, установленный санитарно-гигиеническими и экологическими нормами [114]. Стоимость таких технологий очень велика, однако первоначальные капитальные вложения обычно окупаются в течение четырех - шести лет.
В число мероприятий по предотвращению загрязнения природных вод в Белгородской области следует включать: строительство станций очистки и аэрации для совместной обработки бытовых и производственных сточных вод и применение физико-химических методов для их очистки. Необходимо, также снижать водопотребление предприятий, изменять существующие технологии на более экологически чистые, применять оборотное водопотребление в производстве.
На водосборах рек Тихая Сосна, Черная Калитва, Потудань в первую очередь необходимо включать противоэрозионные мероприятия и предусматривать меры, предупреждающие загрязнение природных вод удобрениями и ядохимикатами.
Принципиальная схема водорегулирующих противоэрозионных мероприятий в Белгородской области должна включать в себя: агротехнические мероприятия (контурно-мелиоративную систему земледелия); лесные полосы, размещенные по границам земельных участков и вдоль балок; залужение склонов; инженерно-гидротехнические мероприятия. Замыкающим звеном комплекса должен быть каскад водоемов в балочной сети, так как водоемы уменьшают глубину местных базисов эрозии и являются наносоуловителями.
