Тема 12: гідроекологічні аспекти руслових процесів

План

1. Вплив кар’єрів на руслові деформації.

2. Поняття про руслоформуючі витрати води.

3. Поняття про екологічно допустимі витрати води.

1. Русловий кар’єр являє собою штучне поглиблення дна русла, різної форми. У кар’єрі глибина русла значно перевищує глибину, яка відповідає заданій витраті, заданій формі поперечного перерізу і стоку наносів.

Утворення кар’єрів на річках спричиняє зміни форми поперечного перерізу, зменшення похилів водної поверхні, а також зменшення рівнів води, особливо зменшення рівнів спостерігається у період межені.

На ділянці кар’єру вище за течією формуються специфічні гідравлічні умови, що спричиняють похилів вверх за течією річки. Це зумовлює поширення розмиву русла в тому ж напрямку. Розмив русла призводить до його звуження і активізації розмиву берегів. Стік наносів спочатку різко зростає, а потім поступово зменшується.

Ділянка річки, що розташована нижче кар’єру теж характеризується специфічними умовами транспорту наносів. При відборі великої кількості алювію на вказаній ділянці виникає дефіцит руслоутворюючих наносів. Цей процес відбувається до тих пір, поки кар’єр не буде повністю занесений, а дефіцит наносів є головною причиною розвитку кар’єрів глибинної ерозії, яка призводить до пониження дна.

Для зменшення негативного впливу кар’єрів на гідрологічний і русловий режим розроблено 5 рекомендацій:

1. Місця кар’єрів та їх розміри вибираються, таким чином, щоб не змінювалися місцеві базиси ерозії (перекати).

2. На відносно прямолінійних ділянках з розвинутими боковиками кар’єри повинні розташовуватися в шаховому порядку на верхових відкосах побочнів і прилеглих верхніх плесових улоговинах. Довжина кар’єру повинна бути не більше 10 середніх меженних глибин, а глибина – не більше 4-5 середніх меженних глибин.

3. На меандруючих річках рекомендується розробка нижньої частини пляжу біля опуклого берега, при цьому необхідно, щоб кар’єр був відділений від плеса косою.

4. На розгалужених річках кар’єри розробляються в другорядних протоках і на окремих осередках.

5. Для зменшення падіння рівня треба влаштовувати штучні базиси ерозії (донні пороги, затоплені запруди).

2. Найбільш активним фактором руслових процесів є річковий стік. По суті, руслоформуючу діяльність він виконує у будь-яку фазу водності, тобто всі витрати є руслоформуючими. Проте ступінь їх впливу на формування русла не є однозначним.

У межень каламутність річкових потоків різко скорочується, а інтенсивність руслових деформацій стає мінімальною, а під час повеней та паводків – навпаки, зростає. Отже, меженні витрати, що мають велику забезпеченість, можуть впливати на русло не менше, ніж витрати малої забезпеченості.

А витрати, які визначають максимальну інтенсивність руслових деформацій і найбільший вплив потоку на русло називають руслоформуючими (Чалов,1979) Q_рф.

Значний вклад в дослідженнях руслоформуючих витрат вніс професор М.І. Маккавеєв. Він пропонує руслоформуючі витрати визначати як максимум добутку:

_max, (1)

де δ – коефіцієнт, що враховує ширину розливу річки (рівний 1 до виходу води на заплаву; 0,9 – при ширині затопленої заплави менше двох ширин русла; 0,5 – коли затоплена заплава більше десяти ширин русла); Q_сер – середня витрата кожного із інтервалів, на які розбивається весь діапазон витрат у даному створі, м³/с; n – показник ступеня, що залежить від крупності річкового алювію (його величина коливається від 1,1 для мулу з піском, глини до 3,0 для гальково-валунних русел); Р – ймовірність перевищення витрат кожного інтервалу, %; I – середній похил водної поверхні у даному інтервалі витрат.

Визначення руслоформуючих витрат зводиться до наступних операцій:

1. Весь період спостереження у створі розбивається ≈20 рівних інтервалів, для цього використовують дані про щоденні витрати води за 25-30 років спостереження. Такий період спостереження враховує циклічність та однорідність стоку.

2. Визначають ймовірність повторення і забезпеченість середніх витрат в межах інтервалів. Будують залежності Q=f (I), Q=f(H). За допомогою цих залежностей визначають, в першому випадку, поздовжній похил річкового потоку, що відповідає середній витраті кожного інтервалу. А в другому випадку, визначають позначку, яка відповідає цьому рівню.

3. Для кожного із інтервалів обчислюють добуток .

4. Будується епюра руслоформуючих витрат води , а середні витрати їх інтервалів приймаються за розрахункові.

3. Непрямим факторомзміни русел річок, особливо малих і середніх є розорювання земель і зменшення площі лісів на водозборах. Це призводить до замулення річок, їх інтенсивного заростання. Чим інтенсивніше проявляються у річках дані фактори, тим більш напруженою та небезпечною стає екологічна ситуація на водозборах.

Малі річки чутливіше реагують на антропогенні зміни. Збільшення розораності водозбору та зростання ерозії призводить до того, що на деяких річках лісостепу басейнова ерозія виносить у річки до 80% завислих наносів.

Транспортуюча здатність потоку не в змозі впоратися із надмірною їх кількістю, це спричиняє замулення річки. Ступінь замулення русел малих річок є основним показником їх екологічного стану. Транспортуюча здатність потоку залежить від екологічно допустимих витрат води.

Під екологічно допустимими витратами води розуміють такі витрати, які повинні зберігатися в річці при будь-яких видах господарської діяльності і забезпечувати процеси руслоформування, стік завислих і рухомих наносів, відтворення біологічних ресурсів, задовільний санітарний стан і самоочищення річки (за В.С.Холоденко).

А під поняттям екологічно допустимі мінімальні витрати води необхідно розуміти нижню межу цих витрат води, яка визначає умови існування організмів, тобто є лімітуючим чинником функціонування річкової системи. Їх визначення проводять за Методикою визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем (Яцик А. В., Бишовець Л. Б., Кириченко С. М., Кудріна А. В., Аніщенко Л. Г., Чураєвська Н. М., Свердлов Б. С., Холоденко В. С., К.: Оріяни, 2002. – 48 с.).

О.Г.Ободовський пропонує називати екологічно допустимими витратами води - витрати, які відповідають при проходженні водопілля і високих паводків руслоформуючим витратам води і визначають основний стік завислих і донних наносів, а в меженний період – витратам з незамулюючими швидкостями, за яких спостерігається тільки стік завислих наносів.

На великих річках зміни в руслах пов’язані, переважно із такими антропогенними втручаннями як будівництво набережних та дамб, регулювання русел будівництво гідротехнічних споруд, доріг, мостів, каналізування та спрямлення русел тощо.

Головним чинником, який може суттєво вплинути на екологічну ситуацію прилеглої території є інтенсивність розмиву берегів середніх і великих річок. Механічне втручання виявляється в зміні форми русла і розмірів поперечного перерізу, в руйнуванні форми руслового рельєфу, зокрема, перекатів, побочнів, осередків, це може порушити швидкісну структуру потоку та саморегулюючу систему потоку русла.