Гідроекологічні проблеми закритих водойм

     За  отриманими індексами забрудненості  оцінювали якісний стан води за ступенем забрудненості: допустима (індекси  0—5), помірна (5—10), підвищена (10—15), висока (15—20) і дуже висока (понад 20). Вода з допустимим рівнем забрудненості (індекс 0—5) характеризується як чиста і може використовуватися без обмеження. У разі вживання води з помірним забрудненням, що характеризується як умовно чиста, існує ризик несприятливого її впливу на стан здоров'я людей. Решта градацій гігієнічної оцінки характеризують її як забруднену і непридатну для вживання [28-86-92].

     Загалом для водомірних постів України переважають  помірно забруднені води, тобто умовно чисті. Екологічно чиста вода виявлена в Закарпатській, у південній частині Вінницької, на південному сході Харківської та заході Одеської областей, а також у південно-західній частині Автономної Республіки Крим. Підвищена забрудненість води відмічена у Львівській, Одеській, Запорізькій, Дніпропетровській та Донецькій областях. Висока забрудненість води — в північній частині Донецької області і дуже висока — на значній території Херсонської області.

     Забруднення поверхневих вод значною мірою  впливає на якість підземних вод. Найбільш незадовільний якісний стан підземних вод на Півдні України: в Одеській, Миколаївській, Херсонській і Запорізькій областях та Автономній Республіці Крим. Понаднормове забруднення пестицидами спостерігається у Вінницькій, Житомирській, Луганській та Миколаївській областях і Автономній Республіці Крим. Нітратне забруднення, що перевищує ГДК, відмічається практично на всій території України, за винятком її західних областей.

     Водосховище – це штучно створена водойма для  збереження води і регулювання стоку. Найбільшого поширення одержали водойми, створені в долинах природних водотоків будівництвом водопідпірних споруд (гребель, шлюзів і т.п.). На ділянці вище водопідпірної споруди (греблі) підвищуються рівні й акумулюються великі об’єми води, що використовуються для господарських цілей. Довжина водойми дорівнює дальності поширення підпора від греблі.

       Водойми класифікують по ряду  ознак. Виділяють п’ять основних  типів водойм: рівнинні, передгірні, гірські, озерні, наливні. 

     Рівнинні  водойми характеризуються наступними ознаками: великою площею поверхні води, невеликими, максимальними (15-25 м) і середніми (звичайно 5-9 м) глибинами, невеликим спрацюванням (у межах 2-7 м), інтенсивними процесами переробки берегів, складених здебільшого пухкими розмивними породами. Ці водойми, як правило, мають велику ємність і використовуються комплексно [17].

     У результаті підйому рівня води, викликаного  спорудженням греблі на рівнинних ріках, для яких характерні невеликі ухили, затоплюються великі площі, у тому числі  цінні для сільськогосподарського виробництва заплавні землі, луки, пасовища, а також ліси, виникає необхідність переносу населених пунктів і важливих об’єктів. Внаслідок підвищення рівня ґрунтових вод відбувається підтоплення значної частини території. Крім того, при спорудженні водойм на рівнинних ріках утворяться мілководні ділянки, що, не представляючи інтересу з погляду регулювання стоку через їхній малий об’єм, істотно збільшують витрати води на випар, а також схильні до заростання, заболочування, замулення, негативно впливають на якість води у водоймі. Тому нормативні рівні й об’єм рівнинних водойм лімітуються різними умовами і призначаються на основі техніко-економічного аналізу. До цього типу водойм можна віднести Печенізьке, Каховське та ін.

     Водойми передгірних і плоскогірних областей характеризуються великими глибинами (до 70-100 м і більше), значним спрацюванням (до 10-20 м), порівняно невеликою інтенсивністю переробки берегів, незначним затопленням і підтопленням території [12].

     Для гірських водойм характерні великі глибини (нерідко більш 100 м) і спрацювання (до 100 м і більше). Затоплювана площа, підтоплення, переробка берегів, фільтрація з водойм незначні. Поперечний профіль долини гірських рік звичайно збігається з річищем, він може мати вид вузького каньйону; схили берегів круті, нерідко східчасті, річище слабозвивисте, без заплави; при спрацьовуванні водойми площа поверхні води змінюється плавно. У цих умовах для створення великої ємності необхідно зведення високої греблі. Гірські ріки мають великі ухили і швидкості плину води, транспортують великі фракції наносів, що призводить до замулення водойм. До цього типу відносяться більшість водойм Східного Сибіру і Далекого Сходу, деякі водойми Криму, Карпат, Уралу, Кавказу і Центральної Азії (див. додаток Б).

     Озерні  водойми створюють шляхом спорудження  греблі на річці, що витікає з озера, і підпор, викликаний греблею, поширюється на озеро. Перевага цих водойм полягає в тому, що при незначному підпорі і невеликій площі затоплення земель у них можна акумулювати великі об’єми води.

     До  водойм озерного типу відносять Іркутське, Бухтарминське, Верхньо-Сивирське та ін.

     Наливні водойми частіше всього споруджують  шляхом використання природних улоговин і обвалування понижених ділянок  територій поблизу річки. Застосовують їх головним чином при зрошенні земель і будівництві гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). В якості прикладів такого типу водойм можна назвати Велике на Великому Ставропольському каналі, Катта-Курганське поблизу р. Зеравшан, Хаузханське на Каракумському каналі, Тбіліське й ін. [19].

     Водойми класифікують також по площі водної поверхні об’єму. Штучну водойму невеликих розмірів і площею водяної поверхні менше 1 км² називають ставком. Існують й інші класифікації водойм: по глибинах, конфігурації, термічному режиму і т.д.

     Параметри водойми, що визначають його розміри, встановлюють на основі водогосподарчого розрахунку. При цьому об’єм води у водоймі прийнято підрозділяти на мертвий і корисний. Мертвий об’єм – це постійна частина повного об’єму водойми, що у нормальних умовах експлуатації не спрацьовується  і  у регулюванні стоку  не бере участі. Рівень поверхні води, що обмежує цей об’єм зверху, називають рівнем мертвого об’єму (РМО). При наявності в греблі донних отворів мертвий об’єм ділиться на об’єм нижче порога отворів, що не спрацьовується самопливом, і об’єм вище отворів, що при необхідності (у виняткових умовах) може бути частково спрацьований. Корисний об’єм – основний об’єм водойми, який безпосередньо використовується для регулювання стоку. Він розташований вище РМО й обмежений зверху нормальним підпірним рівнем (НПР), тобто найвищим проектним підпірним рівнем верхнього б’єфа, що може підтримуватися в нормальних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень [18].

     За  допомогою штучної греблі створюється  різниця рівнів води перед греблею  і за нею .

     Водний  простір перед греблею називається верхнім б’єфом 1, а за греблею – нижнім б’єфом. Різниця рівнів б’єфів є напором установки. Чим вище гребля, тим більше напір. Повний об’єм водойми відповідає оцінці НПР і дорівнює сумі корисного і мертвого об’ємів.

     Підпірний рівень вище нормального, що тимчасово допускається у верхньому б’єфі в надзвичайних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень, називають форсованим підпірним рівнем (ФПР). Він обмежує зверху об’єм води, що знаходиться у водоймі вище НПР, що називають форсованим (або протиповіневим) об’ємом ФПР.

     Головна задача водогосподарчого розрахунку водойми  – визначення корисного об’єму і вибір оцінки НПР. Корисний об’єм  – це робочий об’єм водойми, призначений  для регулювання стоку з метою  гарантованого забезпечення споживачів водою. Він залежить від призначення водойми, тривалості регулювання (добове, сезонне, багаторічне) і знаходиться шляхом зіставлення розрахункового стоку і сумарного водоспоживання [20].

     Корисний  об’єм має визначальне значення при обчисленні оцінки нормального підпірного рівня, на вибір якої впливають особливості створу греблі і ложа водойми. Стосовно до НПР розраховують гідротехнічні спорудження, що забезпечують роботу водойми, їхні габарити і розміщення, встановлюють економічні показники регулювання стоку, збиток, що наноситься народному господарству затопленням, підтопленням і переробкою берегів. Остаточно НПР приймають у результаті техніко-економічного зіставлення різних варіантів.

     Мертвий об’єм і відповідний йому РМО  визначають з обліком ряду умов. На річках, що транспортують велику кількість наносів, мертвий об’єм необхідний для акумуляції твердого стоку, щоб запобігти зменшенню корисного об’єму протягом розрахункового терміну служби водойми.

     На  водоймах, використовуваних для комунально-побутового водопостачання і рибного господарства, головними чинниками, що визначають мертвий об’єм і РМО, є санітарно-технічні вимоги й умови забезпечення необхідної якості води. Відповідно до цих умов, середня глибина води у водоймі при РМО повинна бути більше 2,5 м, а площа мілководдя з глибинами менше 2 м – не більше 30 .35% поверхні води водойми.

     При транспортному використанні водойми  РМО визначають, як мінімальний навігаційний рівень, що забезпечує необхідні глибини  для судноплавства.

     У водоймах для комунального і промислового водопостачання, зрошення, обслуговування ТЕС і АЕС РМО визначають з умов нормальної безперебійної роботи водозабірних споруджень при мінімальних рівнях води.

     Для гідроелектростанцій РМО відповідає глибина спрацювання водойми, при  якій забезпечується максимальне вироблення електроенергії.

     Форсований  об’єм створюється шляхом форсування рівня води у водоймище вище НПР  в період високих повеней або  водопілля, щоб запобігти повені в нижньому б’єфі. Тому його називають  іноді противоповеневим. Оцінка форсованого підпірного рівня (ФПР) залежить від максимальних витрат води розрахункової забезпеченості, гідрографа повені, розмірів і розміщення скидних споруд. Звичайно, перевищення НПР при форсуванні складає 20-70 см, при проходженні повеней, розрахункова повторювальність яких у середньому складає 1 раз у 1000 років (р=0,1%) або 1 раз у 10000 років (р=0,01%), форсування може досягти 1-3 м. Необґрунтоване перевищення НПР приводить до додаткового, хоча й короткочасного, затоплення і підтоплення території, завдає шкоди сільському господарству, несприятливо відбивається на роботі гідротехнічних споруд і об’єктів народного господарства, що виявляються в зоні впливу водойми. Тому розмір і тривалість форсування рівня води у водоймі повинні бути економічно обґрунтовані.

     При регулюванні стоку змінюється режим  водотоку не тільки вище греблі, але  й у її нижньому б’єфі: зростають  межені і зменшуються витрати  і рівні в період паводків і  водопілля, збільшуються амплітуда  і частота коливань рівнів, особливо при добовому і тижневому регулюванні, змінюються термічний і зв’язаний із ним льодовий режими нижче греблі, більш інтенсивно протікають руслові процеси і т.д. У зв’язку з цим при водогосподарчих розрахунках нормуються також витрати і рівні в нижньому б’єфі водойми.

     У період пропуску водопілля та повеней  у нижньому б’єфі лімітують максимальний рівень, щоб не допустити повені. У той же час в цей період повинно бути передбачене надходження  в нижній б’єф таких витрат води, при яких забезпечується і підтримується  протягом визначеного терміна затоплення заплавних косовиць, а також нерестовищ риби.

     Нормують  мінімальні добові рівні води нижче  греблі в створах промислово-питних і зрошувальних водозаборів, при  яких забезпечується не тільки безперебійний  забір води, але і необхідна її якість.

     Підвищене спрацьовування води з водойми, добова і тижнева нерівномірність у  його роботі погіршують умови сільськогосподарського використання земель, наносячи збиток рибному господарству, утрудняють роботу водного транспорту, активізують руслові процеси в нижньому б’єфі. Для згладжування цих негативних наслідків передбачають обмеження внутрішньодобових коливань рівня нижнього б’єфа і питомих скидових витрат.

     Основні параметри водойми, що визначають його розміри, повинні бути технічно й економічно обґрунтовані. Оптимальні параметри вибирають на основі зіставлення народногосподарського ефекту регулювання стоку з капітальними вкладами на будівництво гідротехнічних споруджень, заходи щодо інженерного підготування території, відшкодування збитку від затоплення і підтоплення, перенос або нове будівництво житлових будинків, виробничих і інших об’єктів, переселення населення і т.д. При цьому обов’язково повинні бути враховані питання комплексного використання водяних ресурсів і їхньої охорони, соціологічні й екологічні аспекти наслідків регулювання стоку, можливості зміни режиму і розширення функцій водойми в перспективі [8].  
 
 

     Розділ  ІІ. Гідроекологічні  проблеми закритих водойм 

     2. 1. Забруднення гідросфери  

     Розрізняють не тільки штучне (антропогенне) забруднення води, але й природне. Відомо, що навіть у малозаселених районах (Аляска, Амазонія тощо) чистота води зменшується, а кількість мулу, домішок всіх видів збільшується від витоку в горах до місця з'єднання з морем чи океаном [13, 76-82].  

     Таблиця 1

     Типи  забруднення поверхневих  і підземних вод