Гідрологічні проблеми закритих водойм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Перелік умовних скорочень

Вступ

Розділ 1. Загальна характеристика закритих водойм

Розділ 2. Зміна характеристик абіотичного середовища при зарегулюванні стоку

2.1 Гідрологічний режим

2.2 Рівневий режим

2.3 Гідрохімічний режим

Розділ 3. Зміна характеристик біотичної складової замкнутих водойм

3.1 Фітопланктон

3.2 Іхтіофауна

Розділ 4. Негативний вплив водосховищ на оточуюче середовище

4.1 Виникнення мілководь

4.2 Руйнування берегів

4.3 Підтоплення земель

Висновки

Список використаних джерел

Додатки

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ТЕС - теплоелектростанція

ГЕС - гідроелектростанція

РМО - рівень мертвого об'єму

НПР - нормальний підпірний рівень

ФПР - форсований підпірний рівень.

Вступ

Як відомо, річки характеризуються певною нерівномірністю стоку, як у межах року, так і за багаторічний період. Тому при сучасному інтенсивному господарському використанні місцевих водних ресурсів неможливо обійтися без регулювання водності річок ставками і водоймищами. Водосховища і ставки - це штучні водойми, які будують в умовах нерівномірного розподілу річкового стоку з метою його регулювання для забезпечення потреб господарства і населення у воді. абіотичний середовище руйнування берег

Різниці між ставком і водосховищем немає. Умовно прийнято, що штучна водойма об'ємом до 1 млн. м³ є ставком, а з більшим - водосховищем. Ці закриті водойми мають винятково велике господарське значення. Вони використовуються для гідроенергетики, судноплавства, промислового і побутового судноплавства, риборозведення, зрошення та обводнення. Акумулюючи воду під час повені і паводків, ставки і водосховища дозволяють використовувати її в меженний період, коли стік річок малий, а потреба у воді найбільша. Створений при цьому напір може використовуватися для виробництва електроенергії та подачі води самопливом на зрошення [4].

Актуальність роботи: полягає в тому, щоб за аналізом літературних джерел присвячених багаторічному функціонуванню закритих водойм України показати, гідрологічну та гідрохімічну структуру водосховища, вплив гідрологічних та гідрохімічних параметрів цих водойм на зміну характеристик абіотичного середовища при зарегулюванні стоку та життєдіяльність гідробіонтів. Ця робота може стати підґрунтям для розробки методик щодо покращення умов для організмів, що населяють закриті водойми України.

Мета роботи: дослідити гідрологічні проблеми закритих водойм на абіотичні та біотичні компоненти оточуючого середовища та екологічні проблеми, що пов'язані з їх функціонуванням.

Завдання:

1. Дати загальну характеристику водосховищам і ставкам

2. Охарактеризувати гідротехнічну структуру штучних водойм дамбового типу.

3. Оцінити зміни абіотичного середовища за умов зарегульованого стоку.

4. Оцінити зміни біотичної складової замкнутих водойм.

5. Проаналізувати негативний вплив водосховищ на оточуюче середовище.

Об'єкт дослідження - негативний вплив замкнутих водойм на їх внутрішні параметри та оточуюче середовище.

Предмет дослідження - перетворення фізико-хімічних та біотичних показників замкнутих водойм за умов зарегульованого стоку.

Методи дослідження: описовий, аналітичний, робота з інформаційними джерелами.

Структура та обсяг роботи: курсова робота викладена на 33-х сторінках машинописного тексту та складається із переліку умовних скорочень, вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (які містять 19 найменувань) та трьох додатків.

Розділ 1. Загальна характеристика закритих водойм

Закриті водойми в Україні будували давно, особливо за часів заселення південних маловодних регіонів. До 1950 р. їх загальна площа не перевищувала 100 тис. га, повний об'єм - 1,4 км³. За рахунок цих водойм можна було зарегулювати не більше 3% річкового стоку. Але вже через 10 років площа водного дзеркала ставків і малих водоймищ збільшилася вдвічі, а об'єм - майже в 3 рази. У 1990 р. порівняно з 1950 р. площа водного дзеркала штучних водойм (без водойм на великих річках) зросла у 4,9 разів, а їх сумарний об'єм - у 8,2 разів. Місткість ставків і малих водоймищ дає змогу зарегулювати понад 22% середнього річкового стоку, що формується в межах України. 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 (див. додаток А).

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].

Параметри водойми, що визначають її 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 (див. додаток В). 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 [14].

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, що використовуються 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.

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. 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.

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 її 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 2. Зміна характеристик абіотичного середовища при зарегулюванні стоку

2.1 Гідрологічний режим

Основний компонент всередині водойм - переніс водних мас - формує такі важливі процеси як водообмін між окремими ділянками чи зонами водоймища, розведення стічних вод, замулення чаші водосховища, переформування берегів, перерозподіл тепла, розчинених та завислих речовин, живих організмів.

У русі вод водосховищ поєднуються елементи річкового (стокові течії) та озерного (згони й нагони, хвилі) режиму. Режим течій та хвиль ускладнюється будовою котловин (пересічний рельєф дна, різні зміни глибин, великі мілководдя), значними коливаннями рівнів води, попусками води крізь дамбу.

Стокові течії спостерігаються у всіх водосховищах, але швидкості їх значно менші ніж у річках. Інтенсивність, а досить часто й напрямок стокових течій майже повністю визначається режимом роботи ГЕС, що часто зумовлює дуже нерівномірний режим течій у верхніх та особливо нижніх б'єфах дамби. При цьому в нижніх б'єфах швидкості течій можуть варіювати від нуля до 1,5-2,5 м/с. У верхніх б'єфах амплітуда добових змін швидкостей може сягати 1,0 м/с.

Течії прибережної зони відіграють важливу роль у формуванні багатьох показників гідрохімічного та гідробіологічного режимів водоймища. Завдяки ним відбувається основний (до 93%) водообмін між акваторією водосховища та його мілководдям, який забезпечує надходження мікроелементів, біогенів та інших речовин до масивів заростей ї таким чином сприяє реалізації очисних можливостей останніх.

Щодо вітрових хвиль на водосховищах то вони являють собою складний процес, який визначається великим числом факторів. Розміри хвиль та інші параметри хвилювання залежать від швидкості та тривалості дії вітру, довжини розгону хвилі, глибини водосховища. Відносно невеликі розміри акваторії й об'ємів сприяють активній реакції хвильового режиму на вітрові умови: хвилювання швидко виникає, розвивається й так само швидко затухає.

2.2 Рівневий режим

Регулювання стоку в корені змінює режим рівня води. Якщо за природних умов на річці відмічався яскраво виражений весняний підйом, то після створення водосховищ на більшості ділянок річки він понизився, і елементи рівневого режиму водосховищ - річний хід та амплітуда коливання - тепер практично можуть регулюватися.

Рівневий режим у верхніх зонах є дуже нестабільним, оскільки зумовлюється режимом роботи ГЕС. Зміна навантаження носить стрибкоподібний характер, і це зумовлює дуже різкі коливання рівня води у верхніх б'єфах. Ці коливання поширюються по водосховищу у вигляді довгих хвиль. Створюючи підвищений фон швидкості течії у певні проміжки часу, попуски забезпечують підсилення самоочисних потоків, промивання зон, де за умов стабільного стоку можливе формування застійних явищ.

Слід зазначити, що у багатьох випадках, коли мілководдя захищені від динамічного впливу течії та хвиль, зміна рівня води є єдиним фактором, що зумовлює надходження води в ці зони та відхід її назад у водосховище.

Зменшення швидкості течії та інтенсифікація процесів седиментації сприяють значному збільшенню прозорості води, що в свою чергу збільшує глибини проникання променистої енергії сонця. Прозорість води у водосховищах в середньому збільшується у два рази порівняно із річкою, а глибина проникання сонячної енергії збільшується з 1-1,5 м (у річці) до 2,5-6,0 м (у водосховищі). Це спричиняє істотне збільшення потужності шару утворення первинної біологічної продукції (фотичного шару) в середньому у 2,2 рази. В результаті зростає біологічно продуктивність, що в свою чергу призводить до інтенсифікації процесів деструкції та накопичення мулів органічного походження.

2.3 Гідрохімічний режим

Мінералізація. Створення водосховищ веде до перерозподілу водного стоку річки за сезонами року, і, як наслідок, до змін у динаміці мінералізації та концентрації головних іонів.

В результаті акумуляції у водосховищах паводкових вод та змішування їх з більш мінералізованою водою, що потрапляє сюди у наступні сезони, відбувається зменшення (особливо у придамбових ділянках водосховища) річної амплітуди коливань мінералізації та концентрації головних іонів. Якщо до зарегулювання стоку мінералізація вод протягом року могла змінюватись майже в 4 рази, то після зарегулювання вона змінюється лише в 1,4-1,5 рази.

Розчинені гази. Формування газового режиму водосховищ відбувається під впливом багатьох факторів, основними з яких є періодична дія вітрового перемішування і циркуляції водних мас, фізико-хімічні і біологічні процеси, що відбуваються у водосховищах, взаємодія води із затопленими ґрунтами, життєдіяльність водних організмів.

Найбільш важливими є розчинений кисень та діоксид вуглецю. Кисень потрапляє у води з атмосфери та при продукуванні його фітопланктонними організмами та вищою водною рослинністю. О₂ витрачається на процеси дихання, окислення органічної речовини при розкладі організмів, а також шляхом евазії назад у атмосферу.

В теплий період (особливо у першій половині літа) основним фактором є фотосинтетична діяльність рослинних організмів. У другій половині літа починають переважати окисно-відновні процеси, які зменшують вміст кисню у воді. Розчинений О₂ може витрачатись і на окислення амонійного азоту до NO₂ та NO₃, солей закислого заліза, процеси окислення метану та сірководню (за участю відповідних бактерій). Взимку основну роль відіграє температурний режим та наявність льодоставу.

Поверхневий шар води постійно збагачується киснем, а от у придонних шарах спостерігається його дефіцит за рахунок постійних витрат його на окисні процеси, й у донних шарах придамбових ділянок вміст О₂ падає до 30-40, а іноді й до 1-3%.

У місцях великого скупчення фітопланктону (утворення на поверхні води блакитної плівки) максимальна концентрація кисню зсунута на глибину 1-3 метри зі зменшенням до придонного шару.

Значна вертикальна стратифікація вмісту О₂ таСО₂ спостерігається у перші роки існування водосховища. По-перше, із затопленням земель починаються бурхливі процеси розкладу рослинного і ґрунтового покриву, що призводить до великих витрат кисню у придонних шарах і, відповідно, до зменшення його вмісту. По-друге, у воду потрапляє досить велика кількість органічної речовини, що веде до інтенсивного розвитку фітопланктону і посилення процесів фотосинтезу у поверхневих шарах води. Відмираючи, фітопланктон осідає на дно й розкладається. Таким чином у поверхневих шарах кількість розчиненого кисню може сягати приблизно 25 мг/л (290% насичення), в той час як у придонних шарах його концентрація падає майже до нуля, і весь придонний шар вражається ядухою.

З віком у замкнутих водоймах стратифікація теж стає помітною, оскільки з'являється фактор поглинання кисню донними мулами, об'єми яких із року в рік збільшуються й які потребують все більше й більше кисню на хімічне й біохімічне окиснення утворених відновлених продуктів розкладу.

У верхніх ділянках водосховищ, що знаходяться в зоні змінного підпору гідрологічний режим найбільш подібний до річкового і швидкість течії не падає нижче 0,2-0,1 м/с. Тому тут у літній період спостерігається найбільш сприятливий кисневий режим. Стратифікація тут не відмічається, дефіциту кисню немає, оскільки фітопланктон розвивається слабо, й середня його біомаса приблизно 0,05-15 г/м куб.

В середніх та придамбових ділянках водосховища швидкості течії незначні (0,01-0,1 м/с) або ж течії відсутні зовсім. Тому біомаса фітопланктону в періоди інтенсивного зацвітання сягає тут 40-60 г/м куб. та вище, між тим як при кількості біомаси більше ніж 15 г/м куб. вже виникає загроза біологічного забруднення і появи токсикантів. Внаслідок такого скупчення водоростей тут спостерігається особливо яскраво виражена киснева стратифікація.

Ранньою весною і восени через вітрове перемішування та невелику роль процесів фотосинтезу стратифікація О₂ та СО₂ спостерігається рідко, а пізно восени вона відсутня повністю, і перед льодоставом усі шари приблизно однаково насичені киснем, кількість якого в цей час може сягати 9-12,5 мг/л.

Джерелом СО₂ у водосховищах є процеси окислення органічних речовин, різні види розкладу та дихання. Зменшення двоокису вуглецю відбувається при фотосинтезі та виділенні СО₂ в атмосферу.

Концентрація двоокису вуглецю залежить від сезону, біологічних та біохімічних процесів. Максимальна концентрація спостерігається у період льодоставу (50-70 мг/л). Влітку у придонних шарах води за рахунок процесів розкладу відбувається накопичення СО₂ до 5-10, а іноді й до 20-45 мг/л.

Органічні речовини. До органічних речовин, що найчастіше зустрічаються у водосховищах, належать органічний вуглець, органічні азот та фосфор, білки, пептиди та амінокислоти.

Вміст органічного вуглецю (через те, що у водосховищі одночасно йдуть два протилежно направлені процеси - синтез органічних речовин та їх деструкція) на різних ділянках помітно відрізняється. Підвищена концентрація органічного вуглецю може бути пов'язана як із надходженням гуміфікованих вод з річок, що впадають у водосховище, так і з великою біопродуктивнітю.

Максимум вмісту органічного вуглецю спостерігається у весняно-літній період, при максимальній фотосинтетичній активності фітопланктону. Коли ж процеси деструкції починають переважати над процесами фотосинтезу, кількість органічного вуглецю зменшується.

У каскаді в нижніх водосховищах може спостерігатися аномальна динаміка концентрації вуглецю: максимум його вмісту припадає на зимовий період із подальшим зменшенням з весни до осені. Це пояснюється, вочевидь, накопиченням протягом вегетаційного періоду органічних речовин та їх надходженням із водосховищ, розташованих вище по каскаду.

Вертикальна стратифікація вмісту органічного вуглецю спостерігається, зазвичай, у глибоководних та застійних зонах. У весняно-літній період збільшується відносна концентрація летких органічних сполук, що пов'язано із фотосинтетичними та деструктивними процесами. В період масового розвитку фітопланктону частка летких органічних сполук може сягати 50% і більше загального вмісту органічних речовин.

Загальний та неорганічний азот є основним джерелом біогенного азоту у водних екосистемах. Це - амонійний азот та інші відновлені мінеральні його форми, органічні азотовмісні сполуки різних класів. Більшість органічних азотовмісних сполук легко піддаються деструкції та мінералізації, утворюючи основний фонд азоту, який витрачається під час фотосинтезу.

Існує певна закономірність у сезонній динаміці вмісту азоту: влітку його концентрація зростає, восени зменшується. Високі концентрації органічного азоту спостерігаються у багатоводні роки, коли затоплення частини берегової зони водосховищ супроводжується надходженням у них великої кількості біоелементів.

Різниця між вмістом мінеральних та органічних форм азоту досягає свого максимуму взимку, коли більша частина утворених азотовмісних речовин вже мінералізувалася.

Щодо органічного фосфору, то його концентрація найменша взимку, весною збільшується й до літа знову падає. Для співвідношення між мінеральними та органічними формами фосфору не відмічається такої закономірності, як для азотовмісних сполук, оскільки концентрація мінерального та органічного фосфору у воді залежить не лише від продукційно-деструкційних процесів, а й від фізико-хімічних умов на межі донні відклади-вода, які визначають напрямок та інтенсивність сорбційно-десорбційних процесів.

Мінімальний вміст розчинних білків спостерігається навесні, максимальний - у осінньо-зимовий період. Сезонна динаміка визначається протіканням двох протилежно направлених процесів: надходження білків при лізисі клітин гідробіонтів, кількість яких пропорційна біопродуктивності водосховища, та деструкції білків, яка відбувається завдяки мікроорганізмам. І той і інший процес залежить від гідрохімічного режиму, пори року, трофності водоймища.

При масовому “цвітінні” водоростей та їх відмиранні концентрація білків може підвищуватись до 2 мг/л і вище; рано навесні, коли фотосинтез ще не дуже інтенсивний концентрація не перевищує 0,2-0,1 мг/л. Максимальна концентрація амінокислот спостерігається у вегетаційний період. Сумарний вміст білків, амінокислот пептидів у донних відкладах зазвичай у два рази перевищує їх вміст у воді.

Ще однією органічною компонентою у водосховищах є феноли, основним природнім джерелом яких є продукти розкладу фітопланктону, вищої водної та наземної рослинності. Особливо велика кількість фенолів утворюється при біохімічному розкладі лігнінів, які входять до складу вищих водних та наземних рослин. Максимальний вміст фенолів спостерігається у місцях скупчення водоростей в період їх вегетації, особливо у плямах “ цвітіння”. Влітку порівняно з весною вміст фенолів у воді може збільшуватись у 8,5 рази.

Розділ 3. Зміна характеристик біотичної складової замкнутих водойм

3.1 Фітопланктон

Зарегулювання стоку, створення водосховищ та їх каскадів призводить до суттєвих змін біології річки й змінює якісний склад фітопланктону. У першу чергу це проявляється у істотному збільшенні кількості зелених та синьо-зелених водоростей.

На формування видового складу фітопланктону впливає положення водосховища у каскаді. У середніх та нижніх водосховищах каскаду видовий склад істотно бідніє, і, навіть якщо водообмін значний, виникає “цвітіння” води.

Видовий склад водоростей суттєво відрізняється й по ділянкам водосховищ. Найбагатшим на види є фітопланктон верхніх і річкових плесо, у нижній та середній частинах, зазвичай, видів менше (хоча біомаси більше).

Створення водосховищ, використання їх водних та біологічних ресурсів зумовлюють інтенсифікацію “цвітіння” води. Найбільш поширеним і відомим є “цвітіння” синьозелених водоростей (хоча, звісно, “цвітуть” і діатомові й зелені).

Завдяки наявності газових вакуолей, при штильовій погоді синьо-зелені водорості спливають на поверхню води, утворюючи плями “цвітіння” специфічного синювато-зеленого забарвлення.

У плямах “цвітіння” розвиваються явища біологічного забруднення і самозабруднення. У цьому випадку виділяються продукти розпаду водоростей - аміак, феноли, ціаніди; вміст розчинених органічних речовин перевищує норму за вуглецем у 20-40 разів, за азотом - у 30-150, за фосфором - у 20-25 разів. Загальна кількість бактерій збільшується у 25-100 разів, а гетеротрофних - до 400 разів. Домінуванню синьо-зелених водоростей та інтенсифікації їх розмноження сприяють багато факторів. Зменшення протоковості й водообміну, уповільнення швидкості течії (синьо-зелені - стагнофіли), збільшення прозорості води при відстоюванні, накопичення біогенних елементів та органічних сполук при створенні водосховища та подальшому природному та антропогенному його евтрофуванні; пониження рівня кисневого насичення води та наростання відновлення середовища у придонних шарах через замулення, а також високий коефіцієнт розмноження водоростей (потомство однієї клітини за вегетаційний період складає 10 особин); стійкість їх до відсутності світла, коливань температури; висока рістінгібуюча активність метаболітів синьо-зелених водоростей по відношенню до інших представників альгофлори; токсичність й низький коефіцієнт використання їх у харчових ланцюгах; відсутність серед гідробіонтів водосховищ активних споживачів цього виду, що регулювали б його чисельність.

3.2 Іхтіофауна

Після зарегулювання стоку у видовому та кількісному складі іхтіофауни відбуваються помітні зміни. У зв'язку із різким зменшенням водообміну та швидкостей течії, збільшенням глибини та ширини акваторій кількість реофільних видів риб скорочується, в той час як кількість лімнофільних видів, навпаки, зростає.

Дамби водосховищ створюють перешкоду для прохідних риб; окрім цього ті риби, що проникають крізь рибопропускні споруди, зазвичай не знаходять у водосховищах сприятливих умов для розмноження через слабку проточність та замулення нерестовищ. Тому якщо деякі види прохідних риб і продовжуються існувати, їх чисельність швидко зменшується, і вони концентруються в основному у верхів'ях, де зустрічаються піщано-галечні ґрунти й спостерігається підвищена проточність. Процес формування іхтіофауни у водосховищах супроводжується випадінням окремих її видів і значною внутрішньопопуляційною диференціацією. Після створення водосховищ, особливо у перші роки їх існування, видовий склад фауни збіднюється. З віком водосховища кількість видів риб у них може збільшуватись як за рахунок спрямованого так і стихійного вселення. Популяції риб у водосховищах формуються в основному за рахунок розмноження місцевих видів, що жили у річці або розташованих поблизу водоймах та водотоках. Найбільше чисельність спостерігається у поколінь риб, що народились у перші роки заповнення водосховища, коли створюються найбільш сприятливі умови для їх нересту, розвитку, виживання ікри та молоді. Це - поступове підвищення рівня води, затоплення великих ділянок пойми, вкритих луговою рослинністю, що є найкращим субстратом для відкладання та розвитку ікри. На свжозалитих ділянках зберігається проточність і розвивається зоопланктон і зообентос, що також сприяє розвитку риб. В подальшому умови розмноження риб, особливо фітофільних видів, погіршуються через скорочення нерестової площі та місць нагула для молоді. На нерестовищах зникає лугова рослинність, і на її місці починають масово розвиватись повітряно-водні рослини.

Як правило, кількість молоді риб у багатоводні та середні за водністю роки вища ніж у моловодні, а от темпи росту й плодючість - вище у маловодні.

У перші роки формування іхтіофауни водосховищ у популяціях переважає кількість молодих особин, але згодом співвідношення вікових груп вирівнюється. З віком водосховищ спостерігається тенденція до збільшення чисельності невеликої групи видів при сталому видовому складі. Особливо інтенсивно розмножується окунь, оскільки умови для нього досить сприятливі. Однак збільшення чисельності окуня призводить до скорочення чисельності цінних промислових риб, оскільки окунь виїдає їх ікру, а природній регулятор чисельності цього виду - щука - у водосховищі не має нормальних умов для існування.

Розділ 4. Негативний вплив водосховищ на оточуюче середовище

4.1 Виникнення мілководь

Із створенням водосховищ значно збільшується зона мілководдя, яка може займати від 5 до 39% площі водосховищ. Від 5 до 32% мілководдя займають зарості вищої водної і наземної рослинності. Ці зони характеризуються уповільненими течіями, зниженням турбулентного перемішування, більшим прогріванням. Все це інтенсифікує гідробіологічні процеси й біологічна продуктивність на мілководді значно вища ніж у пелагіалі, і це спричиняє інтенсивне відкладення на дно органічної маси відмерлих рослин, замулення, зменшення глибини й перехід цих ділянок у болото; а розкладання органічних речовин призводить до “заморності” цих ділянок.

4.2 Руйнування берегів

Наприклад, протяжність берегової лінії Дніпровських водосховищ становить 3079 км, 1110,9 км з яких це - абразійно-ерозійні береги, що потребують закріплення. Внаслідок руйнування берегів вже втрачено 6176 га землі. За останні 35 років у водосховища надійшло більш 337 м³ продуктів руйнування берегів.

При створенні водосховищ порушується динамічна рівновага й починається переформування берегів - розмив, сповзання або акумуляція відкладів.

Основний гідродинамічний фактор - вітрове хвилювання. Висота й морфологія берегів також впливають на інтенсивність їх переформування: випуклі схили розмиваються швидше, й швидкість розмиву збільшується зі збільшенням крутизни. Пологі береги з уклонами не більше 2-4 градусів зазвичай не розмиваються. Зі збільшенням висоти берега швидкість розмиву також зменшується через швидке утворення мілин.

Важливий фактор - переміщення наносів вздовж берега. Швидкість і розміри перетворення берегів різко зростають на тих ділянках, де продукти розмиву зносяться вздовж береговою течією. Хвилювання й течії при поступовому зниженні рівня води, почергово розмивають низькі ділянки берега, які за умов більш високого рівня були береговими мілинами; через це формування відмілин затримується. Таким чином, чим більша амплітуда коливань рівня в період інтенсивної хвильової діяльності, тим сильніше йде розмив берегів.

В цілому по мірі збільшення віку водосховищ переформування берегів зменшується, утворюється стійкий профіль берега. Однак зміна водогосподарських функцій і режиму водосховища може знову викликати переформування берегів.

4.3 Підтоплення земель

При створенні водосховищ змінюється режим, а іноді й загальний напрямок руху підземних вод, виникають нові водоносні горизонти, які до підпору були сухими. У зонах водосховищ відбуваються процеси підтоплення та затоплення земель. На незахищених масивах у зонах впливу водосховищ Дніпра площі підтоплених земель становлять 90 тис. га, а на незахищеному мілководді - близько 133 тис. га. З цими процесами пов'язані такі явища як трансформація земель, деградація рослинного і тваринного світу, замулення та заболочення, ефтрофікація водойм.

Річка до створення водосховища являє собою своєрідний водоприймач ґрунтових потоків. Із заповненням водосховища ґрунтові, тріщінно-карстові, тріщінно-грунтові води підпираються, їх рівень піднімається до таких відміток при яких вони знов стікають у водосховище. До цього моменту вони безперервно накопичуються й поповнюються за рахунок фільтрації із водосховища. При цьому нахил потоку грантових вод та швидкість їх руху, як правило, зменшуються, що також сприяє підвищенню їх рівня.

При наповненні водосховища вода просочується в грунт берегу й ложа, якщо цьому не заважає характер підстилаючих порід. Виникаючі втрати води можуть бути тимчасовими (до повного насичення порід) або ж постійними.

У перші роки після заповнення водосховища фільтрація води з нього може відбуватися безперервно протягом досить довгого часу, що призводить до значного підйому рівнів у прилягаючих водоносних пластах, а також до заводнення раніше сухих пухких відкладів. По мірі підйому рівнів водоносних горизонтів фільтрація зменшується й набуває сезонного характеру. Після становлення рівня підземних вод фільтрація може зовсім припинитися або проявлятися досить обмежено, бо внаслідок зменшення уклонів уповільнюється швидкість руху води. В результаті дренуюча роль водотоку в цілому зменшується. В деяких випадках напрямок ґрунтового потоку змінюється в бік іншого водотоку, рівень води якого нижче ніж у водосховищі.

Щодо різних ділянок водосховища, то у придамбових спостерігається найбільша величина підпору підземних вод. До верхів'я підйом рівня зменшується, відповідно звужується зона поширення підпору.

Підйом ґрунтових вод до поверхні землі викликає підтоплення ґрунтів, а при виході на поверхню їх заболочування, а іноді й засолення.

Підтоплення починається із моменту заповнення водосховища при підйомі ґрунтових вод до 1-1,5 м й вище від поверхні. Коли ґрунтові води досягають шару, в якому знаходяться корені рослин, у ньому створюється додаткове зволоження, що погіршує аерацію. В результаті часто територія заболочується.

Можна виділити декілька зон впливу водосховища: зона постійного, періодичного (тимчасового) й епізодичного затоплення; зона заболочування; сильного, помірного й слабкого підтоплення. Розміри окремих зон впливу коливаються від кількох метрів до декількох кілометрів.

У зоні періодичного затоплення формуються болотні й торф'яно-глеєві ґрунти із високим ступенем заторфованості й великим вмістом закисних форм заліза.

У зоні підтоплення ґрунтові води підходять близько до поверхні, тут ступінь зволожування ґрунтів визначається не лише глибиною залягання ґрунтових вод, але й величиною їх капілярного підйому, яка в залежності від механічного складу ґрунтів може коливатись від 0,5-1,0 до 6,0 м.

У зоні помірного підтоплення (рівень ґрунтових вод на глибині від 1 до 2 м) домінує процес т. з. залужнення підзолистих ґрунтів, коли у них підвищується вміст гумусу, азоту, кальцію та сполук заліза, у верхньому горизонті ґрунтів появляються охристі плями й прожилки, і під дією ґрунтових вод, які мають нейтральну реакцію, зменшується кислотність у нижньому шарі.

В зоні слабкого підтоплення (рівень ґрунтових вод на глибині 2-4 м) збільшується рухливість гумусових речовин, відбувається оглеювання ґрунту (утворюються фосфати закисного заліза), на її поверхні з'являються плями й прошарки зеленуватого кольору.

Постійне затоплення призводить до повної загибелі наземної рослинності, що існувала тут раніше, за винятком окремих видів у зонах мілководного затоплення.

В зоні мілководного постійного затоплення й на частині території зони тимчасового затоплення формується полоса гідрофільних та гігрофільних асоціацій.

В зонах підтоплення дерево-чагарникова рослинність й трав'яниста по-різному реагують на зміну зволоженості. Дерева й чагарники, як правило, більш чутливі до підйому ґрунтових вод й при сильному підтопленні у більшості гинуть. З травостою випадають певні види, й починають домінувати гігрофіти.

Окрім цього в басейнах річок України вже підтоплені понад 180 міст й селищ міського типу.

Висновки

У курсовій роботі подано загальну характеристику закритих водойм України, до яких відносяться природні озера та штучні водойми дамбового типу ставки і водосховища із сповільненим стоком. Аналізуються механізми їх утворення та функціонування.

Зарегулювання річкового стоку та створення замкнутих водойм призводить до ряду змін не лише в екосистемі самої річки, а й в екосистемах прилеглих територій. На жаль більшість змін не є позитивними, однак в посушливих та сухих регіонах водосховища створюють позитивний екологічний вплив на оточуюче середовище, оскільки поява прісних водойм робить придатними для опанування рослинністю й тваринами досить великі прилеглі території.

З часом у самих водосховищах спостерігається погіршення умов. Зменшення течії та прозорості, зростання вмісту органічних речовин - все це створює умови для надмірного розвитку планктону, «цвітіння води». За рахунок посилення седиментації, відстою, деструкції зменшуються самоочисні властивості водосховищ, погіршується якість води.

Уповільнений водообмін, інтенсивний розвиток органічного життя призводять до «зацвітання» води, її евтрофування, замулення дна ставків і водосховищ. Це в свою чергу спричиняє збільшення вмісту органічних речовин у водах, розкладання яких веде до кисневого дефіциту, агресивності середовища, виділення у воду метану та інших токсикантів.

Мілководні зони, де існують умови для розвитку вищої водної та наземної рослинності, заростають й перетворюються на болота. Береги колишніх річок руйнуються внаслідок вітро-хвильової абразії, затоплюються, підтоплюються й заболочуються. Все це призводить до руйнування біоценозів, що існували тут раніше, до заміни їх ценозами боліт. Дерева й чагарники в зонах затоплення й підтоплення майже зникають, починають домінувати гігрофільні трав'янисті рослини.

Таким чином створення водосховищ спричиняє ряд сукцесійних змін, більшість яких є негативними. Тому доцільними є заходи щодо їх мінімізації. Сюди належать кам'яні відсипки, обвалування берегів для захисту їх від абразіі; створення дренажних систем для зменшення підтоплення земель; очистка дна водосховищ та їх додаткова аерація.

Список використаних джерел

Губарев В.К. Географія світу: Довідник. Школа і студент.-Донецьк, 2004. -С. 123-128.

Водные ресурсы и водный баланс и водный баланс территории Советского Союза. Л.: Гидрометеоиздаз, 1967. С. 253-256

Давыдов Л. К., Дмитриева А. А., Конкина Н. Г. Общая гидрология.- Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - С. 118-119

Левковский С.С. Водные ресурсы Украины. Использование и охрана. - К. Высша школа, 1979. - С. 56-58

Масляк П.О., Олійник Я.Б. Степаненко А.Б. Географія: навчальний посібник для старшокласників та абітурієнтів. - К.: Товариство «Знання», 1998. - С. 315-316

Михайлов В.П., Добровольський А.Д. Общая гидрология. - М.: Высшая школа, 1991. - С. 22-27

Ободовський О.Г. Руслові процеси. - К.: ВЦ «Київський університет», 1998. - С. 43-44

Овчинников А.М. Общая гидрология. - м.: Госнаучтехиздат, 1955.

Олійник Я.Б. Степаненко А.В., Масляк П.О., Географія: Україна і світ. - К. В-тво «Знання», 2007. - С. 149 -151.

Основи загальної гідрології/ За ред. С.С. Левівського. - К., Вища школа, 1975. - С. 22-24

Пелешенко В.І., Хільчевський В.К. Загальна гідрохімія. - Київ: «Либідь», 1997. - С. 241-243

Ратобыльский Н.С., Лярский П.А. Общее землеведение и краевидение. Под ред. В.Г. Завриева. Минск, «Вышейш. школа», 1976.

Руденко Ф.А., Попов О.Є. Гідрогнологія. - Київ: Вид-во Київського інституту, 1987. - С.58-61

Справочник по водным ресурсам/ Под ред. Б.И. Стрельца. - Киев: Урожай, 1987. - С. 202-204

Чоботарев А.И. Общая гидрология. - Л.: Гидрометеоиздат,1975.

Хільчевський В.К. Водопостачання і водовідведення: гідроекологічні аспекти. - К.: ВЦ «Київ. Ун-т», 1999. - С.111-112

Додаток А.

Схема гідровузла

1 - гребля, 2 - гідроелектростанція, 3 - трикамерний шлюз.

Додаток Б.

Схема дериваційної гідроелектростанції.

Рис. 3.

Додаток В.

Схема створення напору води

Рис. 4. Схематичний розріз гідроелектростанції:

1 - турбіна, 2 - генератор, будівля гідростанції, 4 - затвори, 5 - міст, 6 - глуха земляна гребля, 7 - водозливна бетонна гребля.

Додаток Г.

Відгук

на курсову роботу

«Гідрологічні проблеми закритих водойм»

студента спеціальності 6.040106

«Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування»

Курсова робота «Гідрологічні проблеми закритих водойм» присвячена дослідженню негативного впливу замкнутих водойм на їх внутрішні параметри та оточуюче середовище.

Актуальність роботи: полягає в тому, щоб за аналізом літературних джерел присвячених багаторічному функціонуванню закритих водойм України показати, гідрологічну та гідрохімічну структуру водосховища, вплив гідрологічних та гідрохімічних параметрів цих водойм на зміну характеристик абіотичного середовища при зарегулюванні стоку та життєдіяльність гідробіонтів. За час роботи Матусяка Т.М. показав вміння працювати з літературою, аналізувати інформацію та робити висновки й узагальнення, при цьому виявив такі риси, як винахідливість, самостійність, наполегливість у роботі.

Курсова робота Матусяка Т.М. відповідає вимогам до наукових робіт даного типу, може бути, рекомендована до захисту та заслуговує високої оцінки.

Науковий керівник:

Размещено на Allbest.ru