Дніпро – рівнинна річка з сніговим живленням, з рясною весняною повінню, під час якої проходить 60-70, а в окремі роки до 80 % загального річного стоку річки. Витрати води річки в районі Києва коливаються від 200 до 25000 м3 /с.
Від м. Лоєв до Київського водосховища Дніпро тече в дуже широкій долині зі схилами, що непомітно зливаються з прилеглою місцевістю. У північній частині Київського водосховища ширина долини досягає декількох десятків кілометрів, зливаючись з навколишніми болотами і долиною Прип'яті. Далі долина Дніпра звужується, проте схили неясно виражені. Біля с. Лютеж і нижче правий схил досягає висоти 30-50 м і долина річки значно звужується: у м. Вишгород і с. Межигір'я правий схил упритул підходить до водосховища. Нижче гирла Десни долина Дніпра дуже широка.
Рис. 1. Схема басейну Дніпра [20, 82]
Між Кременчуком і Дніпропетровськом, де розташовано Дніпродзержинське водосховище, долина Дніпра місцями звужується до 2 км або розширюється до 13 км. Від Дніпропетровська до Запоріжжя долина річки вузька, з високими корінними берегами, зайнята штучно створеним озером (Запорізьке водосховище). Нижче Запоріжжя долина річки знову розширюється, досягаючи 10 км в пригирловій частині.
На незарегульованих ділянках Дніпра є заплава змінної ширини. Нижче Нової Каховки ширина заплави до 4-6 км. Біля Херсона річка вступає в низьку піщану долину, на заплаві якої розташовуються Херсонські плавні шириною до 10 км.
На більшому своєму протязі русло Дніпра звивисте, його переважаюча ширина коливається від 200-300 м на півночі України до 500-600 м на півдні держави; переважаючі глибини від 4-5 до 4-7 м. Швидкість течії коливається від 0,3 до 1,2 м/с на ділянці до гирла Десни; переважаюча швидкість течії на розміщених нижче ділянках близько 0,6-0,7 м/с.
В межах України на Дніпрі створено шість великих водосховищ (табл. 1) із площами водної поверхні від 410 до 2250 км2 .
Таблиця 1. Основні водосховища України [20, 83]
| Водосховище | На річці | Площа дзеркала, км2 | Повний об'єм км3 |
| Київське | Дніпро | 922 | 3,73 |
| Канівське | " | 675 | 2,62 |
| Кременчуцьке | " | 2250 | 13,5 |
| Дніпродзержинське | " | 567 | 2,45 |
| Запорізьке | " | 110 | 3,30 |
| Каховське | " | 2155 | 18,2 |
| Дністровське | Дністер | 142 | 3,00 |
| Печенізьке | Північний Донець | 86,2 | 0,38 |
| Краснооскольське | Оскол | 122 | 0,48 |
| Ладижинське | Південний Буг | 20,8 | 0,15 |
| Старобешівське | Кальміус | 8,5 | 0,04 |
| Карачуновське | Інгулець | 4,4 | 0,31 |
| Сімферопольське | Салгір | 3,2 | 0,04 |
| Партизанське | Альма | 2,2 | 0,03 |
До створення каскаду водосховищ рівневий режим Дніпра характеризувався яскраво вираженою високою весняною повінню, низьким стоянням рівня в літню і зимову межені і невисокими осінніми паводками. Річна амплітуда коливань рівня на середньому і нижньому Дніпрі досягала 6-10 м (у багатоводному 1931 р.).
Каскад водосховищ корінним чином змінив рівневий режим річки. Водосховища знижують пік весняної повені, а в решту частини року в нижніх б'єфах гребель середні рівні змінюються незначно. Велику частину року гідроелектростанції працюють на покриття піків навантаження енергосистеми, здійснюючи добове і тижневе регулювання стоку. Рівневий режим Дніпра придбав озерні риси.
Введення в лад Дніпрогесу поклало початок здійсненню системи комплексного використання водних ресурсів Дніпра: як джерело електроенергії для об'єднаної південної енергосистеми, створення глибоководного шляху від гирла Прип'яті до Чорного моря, інтенсивного розвитку зрошуваного землеробства, особливо на півдні України, водопостачання, розвитку рибного господарства і боротьби з повенями.
2.2 Дніпро (до зарегулювання його стоку)
В історичному аспекті формування гідрологічного, гідрохімічного і гідробіологічного режимів Дніпра умовно можна розділити на два періоди:
1) Дніпро до створення на ньому водосховищ;
2) будівництво каскаду водосховищ як специфічних водних об'єктів, що відрізняються по комплексу гідрологічних, гідрохімічних і гідробіологічних характеристик від річок, на базі яких вони виникають, і озер, до яких наближаються за сукупністю своїх особливостей [20, 84].
Умовність цього поділу, в першу чергу, визначається тим, що водосховища на Дніпрі створювалися в період, що охоплює більше 40 років, починаючи з 1931 р. (спорудження греблі Дніпрогесу), і завершуючи 1976 р. (заповнення Канівського водосховища). Будівництво кожного з дніпровських водосховищ, що відносяться за прийнятою класифікацією М.А. Фортунатова до гігантських і надгігантських, робило суттєвий вплив на формування гідрологічного, гідрохімічного і гідробіологічного режимів не тільки на ділянці його створення, але й на функціонування розташованих нижче відрізків річки і створених раніше водосховищ.
Таблиця 2 Граничні значення хімічних інгредієнтів у воді Дніпра до його зарегулювання [9]
| Інгредієнт | Верхнє Дніпро 1962-1964 рр. | Середнє Дніпро 1951-1959 рр. | Нижнє Дніпро 1951-1954 рр. |
| О2 , мг/л | 0,5-13,0 | 1,4-14,9 | 4,4-14,2 |
| О2 % насичення | 3-115 | 2-120 | 48-102 |
| СО2 мг/л | 0-40 | 0-30 | 0-19 |
| РН | 7,0-8,4 | 7,0-8,5 | 7,5-8,4 |
| NH4 + , міліграм N/л | 0,10-1,30 | 0,0-0,80 | 0,0-0,69 |
| NO2 – , мг N/л | 0,0-0,05 | 0,0-0,04 | 0,0-0.10 |
| NO3 – , міліграм N/л | 0,0-0,70 | 0,0-0,90 | 0,0-1,50 |
| PO4 3– розч., міліграм Р/л | 0,01-0,06 | 0,02-0,12 | 0,0-0,15 |
| PO3 4– заг., міліграм Р/л | 0,01-0,18 | - | 0,0-0,24 |
| Fe розч., мг/л | 0,0-2,00 | 0,0-1,90 | 0,0-0,30 |
| Fe заг., мг/л | 0,1,1-2,40 | 0,0-2,85 | 0,0-0,40 |
| Si, мг/л | 2,5-10,5 | 1,0-12,0 | 1,0-10,0 |
| Мінералізація, мг/л | 100-400 | 112-450 | 148-473 |
| Загальна жорсткість, мг-екв/л | 0,9-4,8 | 1,2-5,0 | 1,2-5,6 |
| Сорг , мг/л | 4,2-14,4 | 6,9-8,0 | 7,4-10,5 |
| Nорг , мг/л | 0,3-0,9 | 0,6-0,9 | 0,7-1,4 |
| Рорг , мг/л | 0,02-0,07 | 0,03-0,05 | 0,03-0,08 |
| БО*, мгО/л | 14,0-41,2 | 21,0-25,5 | 19,0-27,2 |
| ПО**, мгО/л | 4,4-17,3 | 6,0-14,0 | 6,0-8,0 |
| C : N | 8-19 | 9-14 | 7,4-14,0 |
| С : Р | 200-310 | 176-304 | 112-275 |
| Кольоровість, град | 15-90 | 60-80 | 60-80 |
* БО – біхроматна окислюваність.
** ПО - перманганатна окислюваність.
Як видно з даних табл. 2, на всьому протязі річки вода Дніпра значно розрізнялася за граничними величинами хімічних інгредієнтів, що визначалося рідом чинників. Важливу роль грали відмінності складу вод основних джерел живлення річки – талих вод у період весняної повені, в меншій мірі літніх і осінніх дощів, ґрунтових вод. Не менше значення мала велика протяжність річки, що протікає по різних фізико-географічних зонах. Відмінності в складі вод на різних ділянках річки зумовлювалися також сезоном року, хімічним складом підстилаючих дно ґрунтів (по довжині річки підзолисті ґрунти змінялися чорноземами, а потім каштановими ґрунтами; зустрічаються солончаки, крейдяні утворення та ін.), різною якістю водних мас впадаючих приток, впливом території водозбору і розташованих на ній ландшафтів, міст і населених пунктів.
Хімічний склад води Дніпра формується в основному на верхній ділянці річки (до Києва) під впливом природних умов цього регіону і впадаючих тут приток, в основному Прип'яті й Десни, в меншій мірі річок Березина і Сож. Частка впливу кожної з приток значно коливається за роками і залежить від водності року.
Водні маси Прип'яті й Десни грали важливу роль у визначенні концентрації у воді Дніпра азоту, фосфору, заліза та інших елементів. Наприклад, стік розчиненого заліза річки на 1/3 формувався за рахунок вод Прип'яті, мінерального азоту – за рахунок верхньої ділянки Дніпра і Прип'яті. Значно менший вплив у зв'язку з невеликими об'ємами води робили на Дніпро інші його притоки, що впадають у річку в її середній і нижній течії [2]. В цілому надходження біогенних і органічних речовин з площі водозбору верхнього Дніпра, де формується 87 % всього водного стоку річки, характеризується [9] достатньо великими величинами, зокрема: 26-51 тис. т мінерального і 26-34 тис. т органічного азоту; 1,8-2,4 тис. т мінерального і 1,6-3,4 тис. т органічного фосфору; 16-20 тис. т заліза; 87-202 тис. т кремнію; 360-430 тис. т органічного вуглецю; 2-4 тис. т важких металів. Стік цих речовин з площі водозбору зростає в багатоводні і знижується в маловодні роки.
Величина мінералізації дніпровської води (табл. 2) коливалася в значних межах і залежала від ділянки річки, об'єму стоку, водності і сезону року. Мінімальними величинами мінералізації, жорсткості води і вмісту різних іонів характеризувалися води Дніпра в період весняної повені за рахунок розбавлення талими водами.
Домінуючими іонами сольового складу води Дніпра на всьому його протязі і у всі сезони року були гідрокарбонат НСО3 – (42- 45 % екв.) і Са2+ (30-35 % екв.). За величиною мінералізації і іонним складом дніпровська вода, згідно класифікації поверхневих вод О.А. Альокіна, відноситься до гідрокарбонатного класу групи кальцію (гідрокарбонатно-кальцієва другого типу).
Вміст розчиненого кисню і ступінь насичення ним води в річці значно коливалися. Мінімальний вміст розчиненого кисню і високий зміст СО2 по всій течії річки, крім її нижньої ділянки, спостерігалися в зимовий період під льодом. Це пояснюється припиненням доступу атмосферного кисню і значним пониженням утворення його в процесі фотосинтезу, який взимку здійснюється тільки в поверхневому шарі на межі розділу лід/вода.
Крім того, в зимовий період у живленні річки значно збільшувалася відносна частка ґрунтових вод, як правило, збіднених киснем. Найбільш істотний дефіцит кисню у воді Дніпра спостерігався в суворі зими на верхніх ділянках річки за рахунок надходження вод Прип'яті і Десни, що стікає з поліських боліт, а також на середньому Дніпрі під впливом надходження знекиснених вод верхніх ділянок. Дефіцит кисню під льодом був основною причиною зимових заморів риби.
Оптимальними показниками газового режиму і відсутністю зимових заморів характеризувалися води нижнього Дніпра, що пояснюється наявністю великої кількості відлиги, що руйнує льодовий покрив.
У безльодовий період вміст кисню у воді Дніпра був достатньо високим. Падіння концентрації його спостерігалося лише нижче міст і населених пунктів у зв'язку зі скиданням стічних вод. Це зниження носило локальний характер і не робило суттєвого впливу на формування якості води в річці [20, 85].
В цілому до зарегулювання стоку Дніпра і створення каскаду водосховищ, тобто до початку 60-х років, у зв'язку зі значно меншими масштабами водокористування і скидів, вода в річці характеризувалася високою якістю і використовувалася для всіх потреб водоспоживання і яких-небудь серйозних перешкод у господарському і рекреаційному використанні її ресурсів не виникало.
запас вода гідрохімічний дніпровський басейн
2.3 Гідрологічний режим водосховищ
Будівництво в басейні Дніпра каскаду водосховищ із загальною площею дзеркала 6974 км2 (рис. 2, табл. 3) виявилось причиною значної зміни гідрологічного режиму річки.
Рис. 2. Схематична карта каскаду дніпровських водосховищ [20, 86]
У водосховищах різко знизилася швидкість течії води – від переважаючих у Дніпрі швидкостей течії 0,6-0,8 м/с до 0,3-0,02 м/с у водосховище, а також інтенсивність турбулентного перемішування води. Залежно від морфометрії і положення в каскаді водосховища, а також сезону року в 5-24 рази зменшилися водообмін і проточність, що зумовило створення застійних зон.
Не дивлячись на значне зростання глибин у водосховищах у порівнянні з річкою, в результаті відстоювання води посилилось осадження зважених частинок. Це поліпшило освітленість глибших шарів водної товщі, оптимізувало умови світлового режиму для розвитку фотосинтезуючих організмів і протікання фотохімічних процесів [21].
Таблиці 3 Деякі параметри водосховищ Дніпра [20, 86]
| Показник | Київське | Канівське | Кременчуцьке | Дніпродзержинське | Запорізьке | Каховське | Сума |
| Роки заповнення | 1965-1966 | 1973-1976 | 1960-1961 | 1963-1964 | 1931-1934 | 1955-1956 | - |
| 1947-1948 | |||||||
| Середня багаторічна витрата, м3 /с | 1050 | 1390 | 1510 | 1640 | 1650 | 1656 | - |
| Середня річна притока, км3 | 33,1 | 43,9 | 48,4 | 52,2 | 53,2 | 53,2 | |
| Річний водообмін, раз | 8-15 | 17-18 | 2,5-4 | 18-20 | 12-14 | 2-3 | - |
| Площа дзеркала, км2 | 922 | 675 | 2250 | 567 | 410 | 2150 | 1974 |
| Виробіток рівня, м | 0,5-1,0 | 0,5 | 3-5 | 0,5 | 0,5-1,0 | 3-4 | - |
| Повний об'єм, км3 | 3,73 | 2,62 | 13,5 | 2,45 | 3,30 | 18,2 | 43,8 |
| Робочий об'єм, км3 | 1,17 | 0,33 | 9,00 | 0,52 | 0,72 | 6,80 | 18,5 |
| Довжина по осі, км | 110 | 123 | 149 | 114 | 129 | 230 | - |
| Максимальна ширина, км | 12 | 8,0 | 28 | 8 | 7 | 25 | |
| Середня ширина, км | 8,4 | 5,5 | 15,1 | 5,1 | 3,2 | 9,3 | - |
| Максимальна глибина, м | 14,5 | 21,0 | 20,0 | 16,0 | 53,0 | 24,0 | - |
| Середня глибина, м | 4,0 | 3,9 | 6,0 | 4,3 | 8,0 | 8,5 | - |
| Площа мілководь % | 40 | 24 | 18 | 31 | 34 | 5 | - |
| Відстань від греблі до гирла Дніпра, км | 836 | 713 | 564 | 450 | 321 | 91 | |
| Повний натиск, км | 11,5 | 10,5 | 17,0 | 12,6 | 35,4 | 16,0 | 103 |
Уповільнення течії й утворення малопроточних ділянок сприяли також зміні температурного режиму водних мас за рахунок їх прогрівання в літній період на мілководих ділянках, що займають до 40 % площі водосховищ. Річний хід температури води у водосховищах відбиває зміни температури повітря, але відбувається плавніше. Звичайно в березні середньомісячна температура води у водосховищах складає 0,1-1,7°С, у квітні 4,5-8,3°, в травні 13,5-16,5°, в червні 19,1-20,9°, в липні 20,3-23,3°С. Найбільших добових значень (26,2-31,8°С) температура води звичайно досягає в липні – першій половині серпня. Середні місячні її значення в серпні 19,3-23,1°, вересні – 14,9-19,8°, жовтні 7,4-14,8°, листопаді 2,5-9,2° і грудні 0,0-4,4°С [21].
Меридіональне розташування водосховищ зумовило збільшення температури води від верхнього Київського водосховища до пригребельної частини нижнього Каховського. Це збільшення в різні місяці коливається від 0,2 до 7,4°С. Умови турбулентного перемішування води сприяють вирівнюванню температури по довжині і ширині водоймища, особливо у верхніх ділянках водосховищ.
При швидкостях течії менше 0,3-0,2 м/с і хвилюванні до 2-3 балів, що типово для дніпровських водосховищ, спостерігається зміна температури води по глибині. Влітку в тиху сонячну погоду температура води на поверхні на 2-4 °С вище, ніж на дні, взимку – навпаки. Штормові збурення водних мас сприяють рівномірному розподілу температури по глибині водоймища.
2.4 Загальна гідрохімічна характеристика водосховищ
В результаті будівництва водосховищ змінився і хімічний склад води. Цьому разом зі зміною гідрологічних характеристик річки сприяли й інші чинники, зокрема затоплення великих територій ландшафту, зокрема ділянок, зайнятих раніше населеними пунктами, високопродуктивними чорноземами, заплавними сінокісними лугами, пасовищами, біогенні й органічні речовини яких інтенсивно поступали у воду. Так, при будівництві водосховищ на Дніпрі затоплено лугів близько 150 тис. га, пасовищ близько 76 тис. га. У зв'язку з цим у каскад дніпровських водосховищ в перші роки їх становлення, за даними А.І. Денисової [9], за рахунок розкладання рослинності, що потрапила в зону затоплення, і контакту з ґрунтом поступили 134 тис. т органічного вуглецю, 42 тис. т азоту, 2,0 тис. т фосфору, що по азоту і фосфору відповідає приблизно їх річному надходженню з водою Дніпра. Це так званий чинник затоплення, вплив якого найістотніше позначився на формуванні гідрохімічного режиму кожного з водосховищ в перші 5-7 років їх існування.
Важливу роль у формуванні сучасного гідрохімічного режиму водосховищ зіграла значна інтенсифікація використання їх водних і біологічних ресурсів у зв'язку з розвитком промисловості і сільського господарства країни, оскільки басейн Дніпра охоплює територію з населенням понад 50 млн. чоловік і з високою його щільністю, високорозвиненою багатогалузевою промисловістю, інтенсивним рівнем сільськогосподарського виробництва і урбанізації території.
Для ілюстрації впливу інтенсифікації господарської діяльності людини в басейні Дніпра на формування гідрохімічного складу його вод можна навести деякі цифри. Так, якщо в 1962 р. в каскад дніпровських водосховищ з водозбірної площі потрапило 21,7 тис. т азоту, то в 1972 р. ця цифра вже склала 201,8 тис. т [9, 67] і має тенденцію до подальшого збільшення у зв'язку з хімізацією сільського господарства, зростанням зрошуваного землеробства (з 1 га зрошуваних земель щорічно виноситься до 1,5 кг азоту і до 0,5 кг фосфору) [20, 87].
У формуванні гідрохімічного режиму водосховищ важливе значення мало руйнування природного біоконтуру заплави річки, що склався протягом багатовікового періоду її існування. Йдеться про прибережні чагарники деревно-чагарникової і трав'янистої лугової рослинності заплави, що грають роль біофільтра.
Певну роль у формуванні гідрохімічного режиму на перших етапах становлення водосховищ зіграло й переформовування берегової лінії в результаті обвалення берегів (абразія берегів). Так, на порівняно невеликому для каскаду Запорізькому водосховищі середній змив ґрунту в перші роки існування складав приблизно 200 м3 на 1 пог. м берега, а швидкість розмиву в середньому 7,5 м/рік.
Аналогічні явища мали місце й на інших водосховищах [7].
На формування хімічних показників води водосховищ значний вплив роблять і надходження у водоймище з еродованих земель: приблизно з 1 млн. га еродованих земель водозбірного басейну Кременчуцького водосховища залежно від водності року у водоймище виноситься від 55 до 100 тис. т ґрунтового дрібнозему, що містить значні об'єми азоту, фосфору, органічного вуглецю та інших речовин [9]. Загальна величина змиву верхнього ґрунтового шару складає за весняний період в умовах Лісостепу до 10 т із 1 га. По мірі становлення режиму водосховищ істотну роль у формуванні хімічного складу води починають грати внутрішньо-водоймові процеси, пов'язані з гідродинамікою і турбулентною дифузією водних мас, стічними і вітровими переміщеннями води, із замулюванням дна і рухливістю донних відкладень, що акумулюють великі запаси біогенних і органічних сполук, з мілководістю водосховищ і коливаннями рівня води в них в результаті використання її запасів.
В цілому формування гідрохімічного режиму незарегульованих ділянок Дніпра і його водосховищ, що залишилися, як найважливішої передумови якості води й біопродуктивності, – процес складний, багатофакторний, залежний від комплексу природних, біологічних і антропогенних чинників. Проте основним моментом є та обставина, що у водосховищі, в порівнянні з річкою, змінений тип кругообігу речовин: у річці – транзитний стік, у водосховищі – майже замкнутий кругообіг.
Наслідком цих перебудов з'явилися суттєві зміни гідрологічних і хімічних показників водних мас, а також гідробіологічного режиму, глибокі порушення функціонування водних екосистем, які склалися в річці в ході еволюції біосфери екологічної рівноваги. Це, в свою чергу, стало причиною виникнення ряду негативних наслідків, що особливо загострилися у зв'язку з посиленням масштабів використання природних ресурсів і впливу антропогенного чинника на формування якості води і біологічної продуктивності водосховищ [9, 67].
Основні інгредієнти хімічного складу і якості води окремих водосховищ. Формування хімічного складу природних вод і їх якості у водосховищах - процес складний, багатогранний, такий, що змінюється як у часі (в багаторічному і сезонному аспектах), так і в просторі, тобто по-різному в окремих водосховищах і на їх різних ділянках.
Таблиця 3 Середньорічні концентрації різних форм мінерального азоту, фосфору і заліза у воді дніпровських водосховищ [9]
| Водосховище | NH4 + , мгN/л | NО2 – , мгМ/л | NО3 – , мгМ/л | Сума, мгN/л | Фосфор, мг/л | Залізо, мг/л | ||
| загальний | розчинений | загальне | розчинене | |||||
| Київське | 0,78-1,1 | 0,026-0,068 | 0,20-1,40 | 1,01-2,2 | 0,05-0,1 | 0,012-0,027 | 0,42 | 0,19 |
| Канівське | 0,70-1,3 | 0,017-0,070 | 0,19-1,60 | 0,91-2,6 | 0,08-0,15 | 0,041-0,059 | 0,19 | 0,10 |
| Кременчуцьке | 0,41-1,10 | 0,005-0,027 | 0,58-1,35 | 0,76-1,91 | 0,078-0,13 | 0,032-0,059 | 0,19 | 0,07 |
| Дніпродзержинське | 0,61-0,82 | 0,01-0,066 | 0,14-0,48 | 0,8-1,81 | 0,11-0,13 | 0,03-0,08 | 0,19 | 0,10 |
| Запорізьке | 0,66-0,82 | 0,014-0,44 | 0,17-0,25 | 11,87-1,09 | 0,074-0,11 | 0,03-0,08 | 0,18 | 0,09 |
| Каховське | 0,45-0,87 | 0,011-0,109 | 0,16-0.52 | 0,7-1,16 | 0,071-0,121 | 0,031-0,073 | 0,18 | 0,09 |
Це зумовлено географічним положенням водосховищ, їх віддаленістю один від одного, кліматичними особливостями місцевості, метеорологічними умовами року (водність, температура повітря і води, кількість опадів, сонячних днів і ін.), особливостями гідрологічного режиму (табл. 2), положенням водосховища в каскаді, його віком, типом навколишнього ландшафту, інтенсивністю і характером господарського використання водних і біологічних ресурсів водосховища, ступенем його забруднення і євтрофування. У зв'язку з цим кожне з дніпровських водосховищ відрізняється певною специфічністю гідрохімічного режиму, що значною мірою зумовлює його гідробіологічні характеристики і рибопродуктивність (табл. 3).
Розділ 3. Характеристика окремих водосховищ Дніпра
3.1 Київське водосховище
Головним в каскаді і найбільш північним є Київське водосховище. Перекриття Дніпра при його створенні здійснене греблею Київської ГЕС у листопаді 1964 р. Розташоване воно в лісовій зоні країни і приймає воду верхнього Дніпра (до 60 % стоку) і Прип'яті (близько 40% стоку). Малі притоки (Уж, Тетерів, Ірпінь та ін.) формують 5-6 %
29-04-2015, 00:44