Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка горизонтальных русловых деформаций и устойчивости русел малых и средних рек басcейна Днепра (в пределах Украины)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Оценка горизонтальных русловых деформаций и устойчивости русел малых и средних рек басcейна Днепра (в пределах Украины)"

Київський університет імені Тараса Шевченка

ОД

Шуляренко Ірина Петрівна

УДК [556.537] (551.482.212.1)

ОЦІНКА ГОРИЗОНТАЛЬНИХ РУСЛОВИХ ДЕФОРМАЦІЙ ТА СТІЙКОСТІ РУСЕЛ МАЛИХ І СЕРЕДНІХ РІЧОК БАСЕЙНУ ДНІПРА

(В МЕЖАХ УКРАЇНИ)

11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

КИЇВ -1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському університеті імені Тараса Шевченка

Науковий керівник -

Офіційні опоненти:

кандидат географічних наук, доцент ОБОДОВСЬКИЙ О.Г.,

Київський університет

імені Тараса Шевченка,

доцент кафедри гідрології і гідрохімії

доктор географічних наук, професор МОЛЬЧАК Я.О.,

Волинський Державний університет, завідувач кафедри фізичної географії;

Провідна установа:

кандидат технічних наук, ст.наук.співр. ОНІЩУК в.в.

Український науково-дослідний інститут гідротехніки і меліорації, ст. наук, співроб. відділу гідротехнічних споруд

Українська Державна Академія водного господарства, кафедра гідрології і гідрогеології, Міністерство освіти України, м.Рівне

Захист відбудеться “ 7 ” травня 1998 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01.01.02 при Київському університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 252022, м.Київ-22, вул.Васильківська 90, географічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: 252033, м.Київ-33, вул. Володимирська, 64.

Автореферат розісланий “ 4 ” квітня 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор географічних наук у , Хільчевський В.К.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У функціонуванні річкової системи важливе місце займають руслові процеси. Знання закономірностей їх розвитку дозволяє раціональніше використовувати річки та їх екосистеми, а ігнорування призводить до негативних наслідків (руйнування гідротехнічних споруд, підмив берегів тощо). Підпорядковуючись об'єктивним законам руслоформування, разом із тим русла постійно зазнають змін, спричинених діяльністю людини.

Басейн Дніпра, малі та середні річки якого обрані об'єктом дослідження, займає біля 2/3 території України, розміщуючись у трьох природних зонах, що робить його дуже важливим з точки зору господарського використання та показовим у загально-геграфічному плані. Гідрологічний режим досліджуваних річок вивчений досить детально, проте проблеми переформування русел охоплені недостатньо. Є тільки фрагментарні розрізнені дані щодо стійкості русел річок та їх деформацій (А.Т.Власов,1977, Н.М.Геращенко, 1987). Проте висвітлення цих питаннь с важливим і необхідним напрямком сучасної гідрології як з наукової, так і з прикладної точок зору. Вивчення горизонтальних переформувань річкових русел дозволяє чіткіше зрозуміти механізм їх розвитку. З іншого боку, це стосується багатьох галузей народного господарства, функціонування яких пов'язане з використанням русел та заплав річок. Зокрема, неможливо надійно будувати і експлуатувати гідротехнічні споруди, освоювати заплавні землі без врахування розвитку руслових деформацій (як вертикальних, так і горизонтальних). Тому питання деформацій русел річок в природних умовах та умовах антропогенного навантаження потребують детального дослідження. Вивчення стійкості річкових русел тісно переплітається із дослідженнями їх горизонтальних переформувань, а саме їх чинників, направленності, інтенсивності.

Розв'язанню вказаних проблемам присвячена дана дисертаційна робота, яка виконувалася в рамках наукової програми Київського університету імені Тараса Шевченка “Охорона навколишнього середовища”, а саме двох держбюджетних тем Проблемної науково-дослідної лабораторії гідроекології і гідрохімії.

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи було виявлення закономірностей розвитку горизонтальних руслових деформацій малих і середніх річок басейну Дніпра та залежності цих процесів від основних русло-формуючих факторів, а також встановлення найбільш об'єктивного показника стійкості русел річок і розробка рекомендацій щодо його практичного використання.

Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі:

- виділення та обгрунтування основних фізико-географічних та антропогенних чинників, які обумовлюють розвиток русел;

- визначення інтенсивності горизонтальних руслових деформацій;

- районування басейну Дніпра за однорідністю гідролого-геоморфоло-гічних умов для вивчення горизонтальних руслових деформацій;

- дослідження залежності інтенсивності горизонтальних руслових деформацій від основних руслоформуючих чинників;

- оцінка стійкості русел малих та середніх річок розрахунковими методами різних авторів;

- обгрунтування та апробація нового показника стійкості русел.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Дана детальна оцінка природних та антропогенних факторів русло-формування малих та середніх річок басейну Дніпра

2. В роботі вперше наведений досить повний аналіз горизонтальних руслових деформацій малих та середніх річок басейну Дніпра та розраховано їх середньорічну інтенсивність.

3. Запропонована схема районування басейну Дніпра, за якою рекомендується проводити аналіз і розрахунок планових деформацій русел.

4. Встановлена залежність інтенсивності переформувань річкових русел від основних руслоформуючих факторів і обгрунтовано неоднозначність їх дії в умовах вільного та обмеженого руслоформування, що доволяє більш чітко простежити механізм розвитку русел.

5. Проведений порівняльний аналіз стійкості русел малих та середніх річок басейну Дніпра за показниками різних авторів та їх оцінка щодо дійсної інтенсивності переформувань берегів.

6. Обгрунтований і апро(к>ваний новий ерозійний показник стійкості русел та класифіковано русла річок за ступенем стійкості.

7. Дана кількісна оцінка антропогенного впливу і екологічного навантаження на русла та заплави малих і середніх річок басейну Дніпра.

Практичне значеная одержаних результатів. Результати досліджень можуть бути використані при проведенні рекогносцирувальних та проектних робіт з метою гідротехнічного будівництва; при господарському освоєнні і використанні заплавних земель; при прогнозуванні та попередженні екстремальних ситуацій, пов'язаних із руслоформуючою діяльністю річок. Деякі висновки дають змогу прогнозувати інтенсивність горизонтальних руслових деформацій. Ерозійний показник стійкості дозволяє проводити визначення стійкості русел при попередніх дослідженнях для потреб проектування тощо.

Ряд положень виконаної роботи ввійшли до звіту по держбюджетній темі “Руслові процеси і гідроекологічні ообливості малих річок басейну Дніпра”, номер держреєсірації 01950005041, а також використовуються при проведенні досліджень по темі “Дослідити гідроекологічні особливості прояву руслових процесів на річках України”, яка виконується у Проблемній науково-дослідній лабораторії гідроекології та гідрохімії Київського університету імені Тараса Шевченка (номер держреєстрації 019711003112).

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації представлялися і доповідалися на: Двадцять першій Генеральній

з

Асамблеї Міжнародної Спілки Геодезії та Геофізики (12-14 липня 1995 р., Боулдер, СІЛА); Семінарі по відновленню прісноводних екосистем (10-13 вересня 1995 р., Сількеборг, Данія); Першій Міжнародній науково - практичній конференції “Проблеми використання та меліорації земель” (25-27 вересня 1996 р., Київ); Науковій конференції молодше вчених та аспірантів географічного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка (15-17 квітня 1997 р., Київ); Двадцять другій Генеральній Асамблеї Європейського Геофізичного товариства (21-25 квітня 1997 р., Відень, Австрія); Другому з'їзді Гідроекологічного товариства України (27-31 жовтня 1997 р., Київ).

За метеріалами досліджень опубліковано 8 наукових праць.

Структура дисертації. Робота складається із вступу, чотирьох розділів та висновків. Викладена на 125 сторінках машинописного тексту, включає 32 таблиці, 23 рисунки (всього 178 сторінок). Список використаних літературних джерел вміщує 156 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі дисертації дається історичний огляд досліджень руслових процесів річок басейну Дніпра, а також на основі літературних, довідкових і фондових джерел проведений детальний аналіз факторів руслоформу-вання.

Процес утворення і розвитку річкового русла тісно пов'язаний із фізико-географічним середовищем і є важливим його компонентом. Руслові процеси є результатом взаємодії двох основних чинників: активного - стоку води і пасивного - підстилаючої поверхні. Тому, серед основних факторів руслоформу-вання розглянутий гідрологічний режим річок (максимальні та руслоформуючі витрати, внутрірічний розподіл стоку), геолого-геоморфологічна будова території, грунтовий покрив та рослинність басейну Дніпра, стік наносів (умови їх формування, мутність вод, іранулометричний склад донних часток та його трансформація під впливом антропогенного навантаження). Відмічається, що на сучасному етапі все більшого значення набуває втручання людини у русловий режим річок. Тому здійснений аналіз антропогенних факторів формування річкових русел. Використовуючи методику географічного факультету Московського університету (К.М. Беркович, Р.С .Чалов, А.В.Чернов, 1993), проведена оцінка сумарного антропогенного впливу та екологічного навантаження на русла річок та їх заплави. Результати досліджень дозволяють стверджувати, що в кількісному відношенні вплив господарської діяльності і екологічна напруженість збільшується від мінімальної для ділянок рр. Горинь, Уборть, Уж до значної для рр. Самара, Вовча, Інгулець.

Другий розділ роботи присвячений вивченню горизонтальних руслових деформацій малих та середніх річок басейну Дніпра. Методичною основою досліджень служив гідроморфологічний аналіз (Н .Є. Кондратьев та ін., 1982,

І.В.Попов, 1961). Для розрахунку інтенсивності переформувань русел викори-

стано метод суміщення крупномасштабних зйомок ділянок русел за різні роки. Для його апробації обрано 40 ділянок на 23 річках, в межах яких розташовані гідрологічні пости.

Шляхом накладення викопіровок ділянок річок із топографічних карт масштабу 1:50000 різних років зйомок, вимірювалася амплітуда зміщення берегової лінії за весь період Z. Середня інтенсивність деформацій за рік (г, м/рік) визначалася за формулою

де N - кількість років між зйомками.

Інтенсивність деформацій на ділянці річки визначалась як середнє із інтенсивності деформацій на кількох перерізах, вибраних на цій ділянці.

Для досліджуваних ділянок річок басейну Дніпра, найбільш ранньою є зйомка 1923 року (р.Случ, р.Рось), а найбільш пізньою - зйомка більшості ділянок річок у 1988-92 рр. Середній період спостережень складає 51 рік.

Розрахунки показують, що інтенсивність деформацій русел річок басейну Дніпра змінюється від 0 до 7,69 м/рік. Найбільші швидкості розмивів берегів характерні для рр. Случ, Норин, Десна, Сейм, Самара (середня інтенсивність деформацій 2ег для цих річок складає 2,13-5,65 м/рік). Значна інтенсивність розмиву русел обумовлюється протіканням вказаних річок у районах поширення легкорозмивних осадових порід. Дещо нижчі темпи переформувань русел характерні для верхів'їв широкозаплавних річок (що пояснюється превалюванням на цих ділянках вертикальних деформацій), а також на нижніх ділянках русел, для яких характерна руслова та заплавна багаторукавність.

В районах виходів важкорозмивних кристалічних порід (територія поширення Україського кристалічного щита) інтенсивність горизонтальних руслових деформацій не перевищує 0,5-0,8 м/рік (рр. Рось, Раставиця, Мокрі Яли, Вовча, верхів'я Тетерева). Проте, навіть у вказаних регіонах існуюють ділянки, на яких швидкість розмиву русел річок значна (р.Конка біля м.Пологи). Цьому сприяє як локальне поширення легкорозмивних порід, так і активне антропогенне втручання (спрямлення і каналізація річкового русла).

Проведені дослідження підтверджують висновок Р.С.Чалова (1979) про обумовленість геолого-геоморфологічними факторами існування двох основних типів річкових русел - широкозаплавних та врізаних. Перші характерні, як правило, для регіонів із низинним рельєфом (для басейну Дніпра це Полісська, Придніпровська та Причорноморська низовини), а другі переважають там, де річки врізаються у височини з активною неотектонікою (Придніпровська височина та відроги Приазовської). Тому, для успішного вивчення, аналізу та оцінки горизонтальних руслових деформацій нами виконане районування басейну Діпра за однорідністю чинників підстилаючої поверхні, тобто за геолого-геоморфологічними умовами (рис. 1). Виділення однорідних районів проводилося на основі таких критеріїв: рельєф (його абсо-

Райони: І - Західнополіськнй;

II - Східнополіський;

III - Східнопрндніпровськнй;

IV - Західнопрщщіпровський;

V - Приазовськнй;

VI - Причорноморський.

Рис. 1. Районування басейну Дніпра за гідролого-геоморфологічними факторами прояву руслових процесів

лютні відмітки) та тектонічна будова; літологічний склад підстилаючих порід; діаметр донних наносів; похили водної поверхні річок; забезпеченість руслоформуючих витрат; середня звивистість русел та тип русла. Через те, що при районуванні використовувалися і характеристики гідрологічного режиму річок, то воно назване гідролого-геоморфологічним.

Районування басейну Дніпра за гідролого-геоморфологічними умовами дозволяє в першому наближенні оцінювати направленість і темпи деформацій, стійкість русел, і, відповідно, сіупінь небезпеки прояву руслових процесів як для добре-, так і маловивчених малих та середніх річок.

Наступним етапом роботи був аналіз зв'язків інтенсивності горизонтальних руслових деформацій із параметрами потоків та русел, який підтвердив запропоновану схему районування. В табл. 1 наведені приклади вказаних зв'язків та рівняння регресії. Отримані рівняння регресії можуть використовуватися для прогнозування інтенсивності горизонтальних руслових деформацій.

Так, для русел річок Західнополіського району планові деформації найтісніше пов'язані із максимальними (С>тах) та руслоформуючими (<2ф) витратами води - коефіцієнт кореляції г знаходиться в межах 0,80-0,95. При цьому похибки коефіцієнтів кореляції с не перевищують 0,20. Також існує прямий задовільний зв'язок між інтенсивністю деформацій та показником розпласганості русла В/Ь (В - ширина русла, И - середня глибина) (г = 0,73). Тобто, планові деформації посилюються із зростаннням співвідношення В/Ь.

Для річок Сзаднополіського району спостерігається тісна залежність максимальних планових деформацій гта від середньозваженого діаметру доннга наносів <1 (г = 0,92). Це свідчить про посилення розмиву берегів із зростанняу розміру частинок. Зв'язок гіз показником В/Ь ще тісніший, ніжу попередньомз районі (г = 0,90).

Горизонтальні деформації русел річок Східнопридніпровського район} також залежать від показника розпластаності потоку: тут також існує прямиї задовільний зв'язок між ъ та співвідношенням В/Ь - г = 0,64-0,67. Крім цього відмічається зростання швидкості переформувань берегів із збільшенням мут ності потоку та середньозваженого діаметру донних наносів (г = 0,61-0,79).

Для Західнопридніпровського району характерне чергування вільних тг обмежених умов розвитку руслових процесів. Так, тут інтенсивність перефор мування берегів зростає із зменшенням величин максимальних та руслофор муючих втрат, що підтверджується прямим зв'язком із їх забезпеченістю Тобто, найзначніші горизонтальні руслові деформацї відбуваються при витра тах, які проходять у межах руслових бровок (Офн).

Крім цього, для середніх значень інтенсивності руслових деформацій ха рактерний задовільний зворотній зв’язок (г=-(0,56-0,62)) із показникої» розпластаності потоку. Тобто, в умовах врізаних русел горизонтальні пере формування берегів послаблюються при зростанні співвідношення В/Ь.

Таблиця І

Зв'язок інтенсивності горизонтальних руслових деформацій із параметрами потоку

Характеристики, між якими вивчаються зв'язки Коефіцієнт кореляції, г Рівняння регресії Похибка коефіцієнту кореляції, <т

Західнополіський район

2вг Ота* 0,80 2Ьг = 0,71 + 0,00 ІЗОтах 0,10

&г в/ь 0,73 2іг= 0,056 (В/Ь)-0,045 0,15

2т ах Оів 0,95 Тгаъх ~ 0,046 + 0,08Оів 0,03

о* 0,67 тьа, = 0,70 + 0,062Ои- 0,17

Східнополіський район

2тах а 0,92 2тах - 2,70 + 3,84а 0,10

2шаі в/ь 0,90 Тагх - 0,60 + 0,1 (В/Ь) 0,11

Східнопридніпровський район

Яи- Ртах 0,79 2вг~ 0,47 "Ь 0,0013ртах 0,13

В/Н 0,67 йп«= 0,58 + 0,016(В/Ь) 0,19

2т ах а 0,77 &«=122а-2.53 0,17

Західнопрндніпровський район

2вг Ота* -0,83 2іг= 1,01 -(6-10-6)0т« 0,16

2вг <2фн -0,85 2к-=2,28-0,0090фя 0,13

ртаз -0,82 2<вах — 2,04 - 0,0036ртах 0,15

2тад В/Ь -0,62 0,29

Примітка. Для зв'язків, що характеризуються незначними коефіцієнтами

кореляції та високими похибками, рівняння регресії не наводяться.

Горизонтальні деформації русел річок Приазовського району мають дуже слабкі залежності від параметрів потоку. Це пояснюється активною господарською діяльністю і, відповідно, значною екологічною напруженістю в руслах річок та на їх заплавах. Проте певні тенденції, подібні до Західно-придніпровського району, прослідковуються і тут. Так, зв'язок інтенсивності переформувань русел г із максимальними витратами С^та* характеризується коефіцієнтами кореляції (-(0,32-0,35)), а для співвідношеня (В/Ьз) г=-(0,38-0,43).

На річках Причорноморського району встановлення залежності інтенсивності переформувань русел від основних руслоформуючих факторів виявилося неможливим через обмеженість вихідних даних.

Як показали проведені дослідження, інтенсивність горизонтальних деформацій також пов'язана із формою русла. Так, в районах чергування вільних та обмежених умов руслоформування (Західнопридніпровський та Приазовський) горизонтальні руслові деформації уповільнюються при зростанні довжин звивин 1 та їх кроків Ь (г = -(0,82-0,94)). Це можна пояснити тим, що на початкових стадіях розвиток звивин відбувається вільно, і тільки через деякий час вони зустрічають обмеження на своєму шляху у вигляді важкороз-мивних порід. Саме на цьому етапі темпи розмиву русел зменшуються.

Зважаючи на зростаючу роль антропогенної діяльності у формуванні річкових русел, був проведений кількісний аналіз впливу господарського навантаження на русла річок та їх заплави на горизонтальні руслові деформації, який дав змогу зробити наступні висновки. Найтісніший прямий зв'язок інтенсивності переформувань русел із сумарним антропогеним впливом спостерігається для Східнопридніпровського району (г = 0,72-0,87), річки якого (Десна та Сейм) відносяться до середніх. Тобто, дня значних водотоків збільшення кількості наносів, що поступають в русла, в сполученні із значною транспортуючою здатністю потоку призводить до зростання його ерозійної сили і інтенсифікації горизонтальних руслових деформацій. Подібне співвідношення характерне і для Східнопридніпровського району, в якому протікають рр. Псел, Сула, Ворскла. Але крім них, до розрахунків приймалися дані по ряду малих річок, що, ймовірно, і призводить до зниження тісноти зв'язку (г =

0,39-0,48).

Досліджувані річки Західнополіського, Західнопридніпровського та При-азовського районів відносяться до малих та середніх, з переважанням перших. Зворотність зв'язків між величиною антропогенного навантаження та інтенсивністю горизонтальних руслових деформацій (г = -(0,39-0,64)) дозволяє зробити висновок, що для малих річок зростання господарської діяльності в їх руслах та заплавах призводить до затухання інтенсивності переформувань та стабілізації русел, що підтверджується дослідженнями ряду вчених в інших регіонах (І.ГДжуха, 1980; Ю.В.Бондаренко, ВА.Калужский, 1991; А.В.Чернов, 1994 та ін.).

У третьому роздал дисертаційної роботи проведена оцінка сучасних підходів до визначення стійкості русел.

Історично склалося так, що руслові процеси виявилися предметом дослідження природничих (гідрології та геоморфології) і технічних наук (гідротехніки і гідродинаміки). Це призвело до утворення на сучасному етапі двох напрямків в теорії руслових поцесів - гідроморфологічного (Н.І.Мак-кавеєв, НА.Ржаніцин, Р.С.Чалов) та гідродинамічного (Б.Ф.Сніщенко,

Н.Б.Баришніков, К.В.Гришанін). На основі цих уявлень розвивається і вчення про стійкість русел.

При дослідженні, оцінці та аналізі деформацій русел річок необхідно мати показник, що характеризував би ступінь їх стійкості. Тому ряд дослідників ставили перед собою завдання встановлення критерію стійкості русла. При

цьому використовувалися різні підходи. Так, одним із них було встановлення головних чинників руслоформування та визначення їх кількісної характеристики, яка і приймалася як показник стійкості русла. Серед запропонованих залежностей формули В.МЛохтіна, М.І.Маккавеєва, МА.Ржаніцина, А.Ф. Печкурова та ін.

Інші дослідники у розрахункові залежності вводили динамічні показники, а саме швидкість (МА.Веліканов, І.ІЛеві, І.К.Нікітін, ЮА.Ібад-Заде і Г.Н.Киясбейлі).

Ще один підхід грунтується на використанні гідрологічних характерис-ггас, виходячи із припущення про відповідність характеристик потоку типу эуслових процесів (С.ТАліунін, Х.М.Полін). До таких показників відносяться гідроморфологічні залежності, які описують співвідношення між морфомет-эичними параметрами русел та гідравлічними характеристиками потоків. У гакому напрямку працювали В.Г.Глушков, С.І.Рибкін, С.Г.Шатаєва, Г.ВЖе-іезняков, К.В. Гришанін та ін.

Крім цього, розроблені емпіричні формули, які дають змогу розраховува-ги зміщення берегів і, відповідно, говорити про стійкість русел (К.М. Берко-їич, І.В.Попов). Останнім часом широкого застосування набули ймовірност-іо-статистичні методи (В.ІАнтроповський, В.КДебольський) та математичне моделювання руслових процесів.

В даній роботі оцінка стійкості річкових русел проводилася за формулами З.МЛохтіна, Н.І.Маккавеєва, Х.М.Поліна, К.В.Гришаніна, МА.Веліканова, :С.М.Берковича. Вибір обумовлювався більшою об'єктивністю цих показників, таявністю репрезентативних даних для їх використання та можливістю інтер-третації отриманих результатів.

Розрахунки показали, що за числом Лохтіна біля 80% ділянок русел, які юзглядалися, відносяться до нестійких та слабкостійких. Проте ділянки

э.Десни за вказаним показником є стійкими, що не відповідає натурним даним йг= 2,40 м/рік). І навпаки, ділянки річок, інтенсивність деформацій яких не теревищує 0,5-0,8 м/рік, відносяться до нестійких.

Згідно залежності Маккавесва розподіл ділянок досліджених русел кар-іинально відрізняється від розподілу за числом Лохтіна. Так, до нестабільних :а слабкостабільних ділянок належить 25% від загального числа (а саме 10 іілянок), а решта 75% - це відносно і явно стабільні ділянки русел. При цьому іє відмічається чіткої відповідності розрахованих показників стійкості натур-шм темпам переформувань річкових русел.

Визначення "показника плесу" за Поліним теж не дає бажаних результатів - закономірності у розрахованих величинах не спостерігається зовсім.

Визначення інтенсивності деформацій за показниками Веліканова та "ришаніна дозволяє зробити висновок про можливість їх затосування для іаближеної оцінки стійкості русел малих та середніх річок басейну Дніпра. Іроте за використання цих показників дає змогу провести тільки порівняльний

аналіз ступеню стійкості, але ні абсолютних величин деформацій, ні точни: градацій стійкості русла результати розрахунків цих показників не дають.

Показник Берковича дає змогу розрахувати ймовірну величину розми ву берегів за рік. Результати розрахунків досить точно характеризують дійсн; інтенсивність горизонтальних руслових деформацій річок басейну Дніпра, щ< підтверджується проведеним кореляційним аналізом. Але вказаний показник н може слугувати критерієм стійкості русел, тому що результатом його розра хунку є безпосередньо швидкість розмиву берегів.

Враховуючи вищесказане, постало питання про розробку та застосуван ня іншого критерію, який, з точки зору О.Г.Ободовського (1991), повинеї враховувати як гідравлічні особливості потоку, так і морфометричі характери стики русла. Саме це питання і висвітлюється у четвертому розділі дисертацій ної роботи.

Виразом, який, з нашої точки зору, найбільш точно описує процес де формації русел, є число Лохтіна, і його уточнення привело до встановленн нового, більш об'єктивного показника стійкості річкових русел.

Вивчення руслових процесів річки тісно пов'язане із розумінням механіз му водної ерозії в її басейні. Взаємодія процесів ерозійно-акумулятивног комплексу має характер прямого і зворотнього зв'язку - схилова ерозія ; річковому басейні впливає на формування і розвиток русла, і навпаки, розви ток русла певним чином може регулювати схилову ерозію (І.П.Ковальчуї Я.С.Кравчук, 1983). Тобто, в силу їх взаємопов'язанності, вивчення деформа цій річкових русел та оцінка їх стійкості повинна проводитися з врахування] інтенсивності ерозійних процесів на водозборі. Так, наприклад, розорюванн водозборів призводить до надмірного надходження наносів у руслг Наслідком цього є стабілізація і, відповідно, зростання ступеню стійкості русел

Крім цього, формула Лохтіна не враховує форми русла. Цей парамет може бути прослідкований через показник розпластаності потоку B/h. Вира B/h не є строго фізичною закономірністю, а відображає середні співвідношеь ня, характерні для річок, які протікають у різних фізико-географічних умова; Так, при інших рівних умовах середня крутизна берегових відкосі збільшуєіься із збільшенням протиерозійної стійкості порід (М.І.Маккавеа Р.С.Чалов, 1985). При цьому зменшується ширина русла, що при приблизн рівних глибинах призводить до зниження розпластаності потоку. Тобто, в ра йонах вільних умов руслоформування, де поширені, як правило, широкозг плавні вільномеандруючі річки, показник В/Іі має більші абсолютні значенні ніж для врізаних русел регіонів обмежених умов руслоформування.

Як показали дослідження, величина B/h певним чином залежить ві розмірів водотоків. Розпластаність потоку має тенденцію до зростання пр збільшенні його довжини, площі водозбірного басейну та середньої витрати.

Врахування ерозійних умов у басейні пропонується проводити черс коефіцієнт ерозії А, який характеризує зональність річкових басейнів за ступі нем еродованості ірунтів і був запропонований О.Г.Ободовським (1987) дл

рівнинних річок України. Найменші значення показника А характерні для Полісся, де ступінь розораносгі водозборів невисока, і ерозія грунтів не має негативних наслідків. Збільшення А в Лісостепу і особливо в Степу підтверджується високою розораністю території та значною деградованістю поширених там чорноземів.

Таким чином, модифікований показник Лохтіна для визначення стійкості русла має випхяд

Ло = 'ш*А- ^

У виразі (2) сі - середньозважений діаметр донних наносів, мм; Н - кіло-метричне падіння водної поверхні на ділянці, м,- В - ширина русла, м; Ь - глибина, м; А - коефіцієнт ерозії, який характеризує зональність річкових басейнів за ступенем еродованості грунтів. У такому вигляді показник, на наш погляд, має більш об'єктивно освітлювати стійкість русел. Падіння Н приймається в метрах на ділянці довжиною не менше, як 1 км. Це дає змоіу охопити і перекатні, і плесові ділянки русла. Разом із тим у формулі (2) зникає розмірність, що дозволяє використовувати її як критерій.

Розрахунок стійкості русел малих та середніх річок басейну Дніпра за ерозійним показником стійкості підтвердив достовірність зроблених припущень. В табл. 2 приведені результати регресійного аналізу залежності =ґ (Л0) по гідролого-геоморфологічних районах. При цьому коефіцієнт кореляції коливається в межах 0,54-0,98. Слабкість зв'язку в Західнополіському районі пов'язана з тим, що в його межі входить частина Житомирського Полісся, яке має більші абсолютні висоти та значне ерозійне розчленування.

Таблиця 2

Зв'язок ерозійного показника стійкості русел (Л0) із середньою інтенсивністю горизонтальних руслових деформацій (г*г)

Район Коефіцієнт кореляції, г Рівняння регресії Похибка коефіцієнту кореляції, <7

Західно- поліський 0,54 2Ьг = 0,78 Л0 + 0,61 0,24

Східно- поліський 0,98 2«г = 0,98 Ло+ 1,47 0,05

Східнопри- дніпровський 0,74 7гт - 0,14 Ло + 0,86 0,15

Західнопри- дніпровський -0,73 2«-= 1,81 -0,09Ло 0,20

Приазовський -0,79 2,г = 2,79-0,10 Ло 0,22

Зворотність зв'язку між ерозійним показником стійкості та реальною інтенсивністю горизонтальних руслових деформацій в обмежених умовах руслоформування пояснюеіься роллю показника розпластаності потоку В/Ь. Як зазначалося вище, цей параметр у різних умовах мас принципово різне значення: у вільномеандруїочих широкозаплавних річках він вищий ніж у врізаних. Цей факт підтверджується дослідженнями залежності інтенсивності переформування русел від величини показника В/Ь. Так, в регіонах вільного розвитку русел спостерігається зростання г при збільшення В/Ь. Для районів чергування вільних та обмежених умов руслоформування відношення г:(В/Ь) має зворотний характер - інтенсивність планових деформацій зменшується із ростом розпластаності русел.

Аналіз зв'язку значеннь показника Л0 із інтенсивністю горизонтальних руслових деформацій дав змогу встановити, що більш точно ерозійний показник характеризує середню інтенсивність переформувань річкових русел. Грунтуючись на залежності 2а - і (Л0), для практичного використання ерозійного показника стійкості річок запропоновано насіупну шкалу (табл.З).

Таблиця 2

Класифікація русел річок за ступенем стійкості

Ступінь стійкості Значення Ло при

вільних умовах руслоформування чергуванні вільних та обмежених умов руслоформування

Стійкі < 1 >5

Відносно стійкі 1-5 1-5

Нестійкі >5 -

Тобто, у районах вільних умов руслоформування збільшення значення Л, свідчить про зменшення ступеню стійкості русла. І навпаки, при черіуванн вільних та обмежених умов руслоформування менш стійкі русла харахтеризу ються меншими значеннями показників Ла. Нестійких русел в цих районах ні спостерігається.

Виходячи із розрахунків стійкості русел річок басейну Дніпра за ерозій ним показником стійкості та класифікувавши їх за умовами стійкості, отри мано такі результати: тільки біля 20% досліджуємих ділянок малих та се редніх річок басейну Дніпра можна вважати стійкими, решта відноситься Д( відносно стійких (66%) та нестійких (14%).

Результати, отримані при дослідженні горизонтальних руслових дефор мацій та стійкості русел малих та середніх річок басейну Дніпра, можуть буп використані на перших стадіях рекогносцирувальних і проектних робіт з ме тою гідротехнічного будівництва в руслах річок та на їх заплавах; при гідрое нергетичному освоєнні середніх річок та розвитку судноплавства на них; прі

господарському освоєнні заплав; при розробці програм раціонального використання річкової сітки; при прогнозуванні та попередженні екстремальних ситуацій, пов’язаних із руслоформуючою діяльністю річок.

ВИСНОВКИ

1. Формування річкових русел обумовлено двома природними чинниками: активним - стоком води та пасивним - підстилаючою поверхнею. Останнім часом значний вплив на процеси руслоформування має господарська діяльність людини в руслах річок та на їх заплавах.

2. Проведені дослідження показали, що антропогенний вплив та екологічна навантаженість в руслах річок і на їх заплавах у кількісному виразі змінюються зонально і відповідно до умов господарювання, зростаючи в загальному напрямку з півночі на південь. Так, річки Полісся, право- і лівобережні притоки Дніпра лісостепової зони (65%) складають район із слабкою екологічною напруженістю. При цьому на Поліссі зустрічаються ділянки річок із мінімальною екологічною напруженістю (10%). Південна частина території (всього 25% ділянок річок, що досліджувались) є районом значної екологічної напруженості.

3. Дослідження горизонтальних руслових деформацій повинно проводитися на основі однорідності гідролого-геоморфологічних чинників. Тому проведено районування території Дніпра за умовами руслоформування і виділено шість районів: Східнополіський, Західнополіський, Східноприд-ніпровський, Причорноморський - з вільними умовами розвитку річкових русел; та Західнопридніпровський і Приазовськии для яких характерне чергування вільних та обмежених умов руслоформування.

4. Використовуючи методи математичної статистики було виявлено основні фактори, які визначають інтенсивність переформувань річкових русел. Встановлено, що в районах вільного розвитку руслових процесів інтенсивність горизонтальних руслових деформацій зростає при збільшенні витрат води (максимальних та руслоформуючих), діаметру донних наносів та розпласта-ності потоку В/И. Для районів обмеженого руслоформування, навпаки, при збільшенні цих параметрів інтенсивність горизонтальних руслових деформацій знижується.

5. На темпи переформування русел також неоднозначно впливає їх конфігурація: в районах вільного розвитку при збільшенні розмірів звивин спостерігається зростання інтенсивності їх деформацій, тоді як в районах обмеженого розвитку руслових процесів при укрупненні звивин інтенсивність руслових деформацій знижуєіься.

6. Чіткої залежності між інтенсивністю переформувань та величиною ан-іропогенного навантаження виявити не вдалося, проте можна відмітити, що на середніх річках зростання антропогенного впливу здебільшого призводить до інтенсифікації горизонтальних руслових деформацій. Активізація госпо-

царської діяльності на малих річках супроводжується затуханням планових переформувань і стабілізацією русел.

7. Детальний аналіз існуючих способів визначення стійкості русел дав змогу встановити, що жоден із розглянутих критеріїв не відображає їх дійсних преформувань. Крім того, класифікація ділянок русел за різними показниками дає неспівставимі, іноді діаметрально протилежні результати.

8. Встановлено, що показником, який найбільш точно описує горизонтальні руслові деформації, є число Лохтіна. Його уточнення і модіфікація дала змогу одержати новий ерозійний показник стійкості русла

Л0= -4-?- +А.

НЬ

Коефіцієнт Ло найбільш точно характеризує реальну інтенсивність горизонтальних руслових деформацій.

9. Визначення стійкості русел малих та середніх річок басейну Дніпра за ерозійним показником стійкості свідчить, що для районів вільного розвитку русел збільшення значення показника Л0 характеризує зростання темпів горизонтальних деформацій, і, відповідно, зменшення стійкості русел. І навпаки, в районах чергування вільних та обмежених умов руслоформування спостерігається збільшення значення Л0 при зменшенні інтенсивності переформувань, тобто при зростанні стабільності русел.

10. Дослідження ступеню стійкості ділянок малих та середніх річок басейну Дніпра показало, що 80% їх відносяться до нестійких і відносно стійких, і тільки біля 20% складають стійкі ділянки русел річок. Це узгоджується із визначеною реальною інтенсивністю горизонтальних руслових деформацій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Оцінка стійкості русел річок Українського Полісся // Вісник КУ. Географія. - К.: Київський ун-тет, 1995.- Вип. 41.* С. 142-151. (У спіавт. з Обо-довським О.Г., Луконіним Є.В.)

2. Співставлення крупномасштабних картографічних матеріалів для виявлення інтенсивності горизонтальних руслових деформацій річок басейну Дніпра // Картографія та вища школа / Київський ун-тет. - К., 1996. - С. 13-14 (У співавт. з Ободовським О.Г.)

3. Горизонтальні руслові деформації з руслоформуючими факторами /і Водне господарство України. - 1997. -№ 4.- С.11-12.

4. Оцінка стійкості русел річок Середнього та Нижнього Придніпров'я /, Меліорація і водне господарство. - 1997.- Вип. 84. - С. 131-137.

5. Оцінка екологічно необхідного стоку (на прикладі річок басейнз Дніпра) II Вісник КУ. Геоірафія. -К.: Київський ун-тет, 1997.- Вип. 42.- С. 57-61 (У спіавт. з Ободовським О.Г., Сукачем О.В.)

6. Вивчення та оцінка горизонтальних руслових деформацій річок Серед-

іього та Нижнього Придніпров'я // Проблеми ефективного використання вод-іих ресурсів та меліорації земель (наук.-практ. конф.). Збірник тез. - 1996. - С. >6-27. .

7. Оцінка антропогенного впливу на русловий режим малих та середніх зічок басейну Дніпра // Другий з'їзд Гідроекологічного товариства України. Тези доповідей. - Т.2.- 1997.- С.230-231.

8. Stability appraisal of river channels I! Annales Geophysicae. Supplement II о Volume 15. - Part II. - 1997. - P. 345.

АНОТАЦІЯ

Шуляренко І.П. Оцінка горизонтальних руслових деформацій та стійкості іусел малих та середніх річок басейну Дніпра (в межах України). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геоірафічних наук іа спеціальністю 11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія. - Географічний факультет Київського університету імені Тараса Шевченка, Киш, 1998.

Дисертацію присвячено питанням горизонтальних переформуваннь русел лалих та середніх річок басейну Дніпра та оцінки іх стійкості. Визначені зсновні закономірності формування русел та встановлено їх зв'язок із природами та антропогенними руслоформуючими чинниками. Проведене районування басейну Дніпра для вивчення руслового режиму малодосліджених річок. Приводяться дані про інтенсивність горизонтальних руслових деформацій. Здійснена оцінка антропогенного впливу на руслові процеси малих та середніх річок.

Обгрунтований і апробований новий ерозійний показник стійкості річкових русел.

Ключові слова: фактори руслоформування, горизонтальні руслові деформації, інтенсивність, районування, стійкість русел, показник.

АННОТАЦИЯ

Шуляренко И.П. Оценка горизонтальных русловых деформаций и устой-їивости русел малых и средних рек басейна Днепра (в пределах Украины). -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. - Географический факультет Киевского университета имени Тараса Шевченко, Киев, 1998.

Диссертация посвящена вопросам горизонтальных переформированний русел малых и средних рек бассейна Днепра и оценке их устойчивости. Опре-

депены основные закономерности формирования русел и установлена их связь с природными и антропогенными руспоформирующими факторами. Проведено районирование басейна Днепра для изучения руслового режима малоис-следованых рек. Приведены данные по интенсивности горизонтальных русловых деформаций. Выполнена оценка антропогенного влияния на русловые процессы малых и средних рек.

Обоснован и апробирован новый ерозионный показатель устойчивости речных русел.

Ключевые слова: факторы руслоформирования, горизонтальные русловые деформации, интенсивность, районирование, устойчивость русел, показатель.

ANNOTATION

Shulyarenko I.P. The appraisal of horizontal channel deformations and stability of channels of the small and average rivers of the Dnieper basin (within Ukraine). -Manuscript.

Thesis for the scientific degree of a candidate of geographical sciences in the speciality 11.00.07 - hydrology of land, water resourses, hydrochemistry. Geographical faculty of the Kyiv University named after Taras Shevchenko, Kyiv, 1998.

The work has been devoted questions of horizontal reformation of channels of the small and average rivers and appraisal of their stability. The main regularities of formation of river channels of the Dnieper basin have been determined and their connection with natural and anthropogenic channel-formative factors has been ascertained. The districting of the Dnieper basin for investigation of channel regime of the rivers has been realized. The data about intensity of horizontal channel deformations have been given. The appraisal of anthropogenic influence on channel processes of the small and average rivers has been fulfilled.

New erosive index of the stability of river channels has been grounded and has been tried.

Key words: channel-formative factors, horizontal channel deformations, intensity, the districting, channel stability, index.