Гідроекологічні та гідрохімічні характеристики річково-басейнових систем (приток Дністра) Тернопільщини в умовах техногенного навантаження

Abstract

У дисертації виконана оцінка гідроекологічних та гідрохімічних характеристик річково-басейнових систем (РБС) приток Дністра Тернопільщини в умовах техногенного навантаження. Актуальність дослідження обумовлюється його науковим і практичним значенням. Переважну частину місцевих водних ресурсів на Тернопільщині формують річково-басейнові системи (притоки Дністра), що займають 82 % від площі області. При цьому зміни складових водно-теплового балансу, що є наслідком кліматичних змін на території регіону, обумовили посилення нерівномірності внутрішньорічного розподілу стоку води подільських приток Дністра, що проявляється у зростанні ймовірності формування дощових паводків, з одного боку, та ймовірності настання тривалих періодів гідрологічної посухи (маловоддя) – з іншого. Разом із зменшенням водності річок Тернопільської області має місце погіршення якості річкових вод. Головними джерелами їх забруднення є, стічні води комунальних, промислових та сільськогосподарських підприємств. Однією з причин такої ситуації є незадовільне використання наявних очисних споруд, їх перевантаженість чи взагалі – відсутність. Значним джерелом забруднення річкових вод є сільсько-господарська діяльність. Разом із поверхневим стоком до річкової мережі з сільськогосподарських угідь надходять органічні та біогенні речовини, залишки добрив й пестицидів. Вони викликають інтенсивне цвітіння води, евтрофiкацiю водних об’єктів, призводять до порушення процесів самоочищення. Метою дисертаційного дослідження є оцінка гідроекологічних та гідрохімічних характеристик річково-басейнових систем (приток Дністра) Тернопільщини в умовах техногенного навантаження. Об’єктом дослідження є річково-басейнові системи приток Дністра в межах Тернопільської області. Предметом дослідження є характеристики гідроекологічного та гідрохімічного режиму річок регіону в умовах техногенного навантаження. Розглянуто теоретичні та методичні засади досліджень річково- басейнових систем. Визначено головні причини, що зумовили активізацію досліджень за тематикою дисертації: посилення антропогенного навантаження на басейни річок та їх русла; погіршення якості водних ресурсів та їх гідроекологічного стану річок; формування високих паводків та низької межені внаслідок з одного боку глобальних і регіональних змін клімату, з іншого – надмірного антропогенного навантаження на РБС. Проведено аналіз природних умов і техногенного навантаження в межах річково-басейнових систем регіону досліджень. За останні роки в області відбулася стабілізація використання питної води для населення i господарства. Практично 99 % всієї води використовується для задоволення побутово-питних та санітарно-гігієнічних потреб населення та виробничих потреб. Три чверті земель (76,2 %) Тернопільщини займають сільськогосподарські угіддя, значна їх частина (61,8 %) розорана, тому басейни річок перебувають під суттєвим антропогенним навантаженням. Важливим чинником техногенного навантаження на стік річок регіону є ступінь його зарегулювання штучними водоймами – водосховищами та ставками. На річках – притоках Дністра в межах Тернопільської області функціонує 24 водосховища та 676 ставків, з яких значна їх частина, особливо на малих річках, перебуває у незадовільному санітарно-технічному стані. Головні ліві притоки Дністра (на Тернопільщині рр. Золота Липа, Коропець, Стрипа, Серет, Нічлава, Збруч) своїми руслами розчленовують Подільське. Ліві притоки Дністра в межах області характеризуються щорічним весняним водопіллям (повінню), низькою літньо-осінньою меженню з окремими дощовими паводками, низькою зимовою меженню, яка під час відлиг може перериватися підняттям рівнів води. Головним напрямом дослідження РБС (приток Дністра) Тернопільщини є вивчення їхнього стану та динаміки. Вивчення функціонування річково- басейнових систем регіону здійснено на основі просторово-часового аналізу характеристик водного режиму (їх багаторічні коливання, внутрішньорічний розподіл) та параметрів гідрохімічного режиму. Для виявлення циклічності багаторічних коливань стоку річок регіону було застосовано метод побудови різницевих інтегральних кривих; визначення внутрішньорічного розподілу стоку річок Тернопільщини проводилося нами за допомогою методу реального року. Для оцінки багаторічних коливань стоку води (середньорічного, максимального та мінімального) використано дані спостережень за стоком води на 11 гідрологічних постах лівобережжя Дністра за наявний період спостережень до 2020 року, включно. Коливання середнього річного стоку досліджуваних річок є синхронними. З 2012 року на річках басейну розпочалася маловодна фаза стоку. Зазначений період також характеризується тенденцією до зниження максимального стоку весняного водопілля, мінімального стоку зимового періоду та періоду відкритого русла. Сучасний внутрішньорічний розподіл стоку подільських приток басейну Дністра характеризується зменшенням об’єму стоку весняного водопілля, що пов’язано з підвищенням температури повітря в період формування снігозапасів та зменшенням кількості опадів взимку та збільшенням стоку літньо-осінньої та зимової межені від об’єму річного стоку між досліджуваними періодами. Гідроекологічна оцінка якості води річок Тернопільщини (приток Дністра) проводилася відповідно до характерних для річок басейну основних гідрологічних сезонів: весняного водопілля (повені), літньо-осінньої межені та зимової межені. Хімічний склад води та гідрохімічний режим лівобережних приток Дністра досліджено за вмістом головних іонів, фізико- хімічними показниками, біогенними речовинами, мікроелементами та специфічними забруднювальними речовинами на основі бази даних системи моніторингу вод Держводагентства України (1993–2020 рр.). Гідрохімічний режим річок чіткіше проявляється для головних іонів і в цілому пов’язаний з гідрологічним режимом. Мінімальні концентрації головних іонів та значення мінералізації води досліджуваних річок спостерігаються під час літньо- осінньої межені, що пояснюється випадінням значної кількості атмосферних опадів, відповідно наявністю паводків у цей період, які сприяють розбавленню. Взимку спостерігаються максимуми цих показників. Гідрохімічний режим для біогенних речовин, мікроелементів і специфічних забруднювальних речовин виражений слабше [116]. Оцінка якості води досліджуваних річок здійснена автором шляхом аналізу всіх багаторічних рядів спостережень з використанням «Гігієнічних нормативів якості води водних об’єктів для задоволення питних, господарсько-побутових та інших потреб населення» (2022 р.) Проведено аналіз програм державного та регіонального рівня щодо поліпшення якості води річок Тернопільської області, що виконувалися від початку 2000-х років, та проєкту Плану управління районом річкового басейну Дністра 2025–2030. Переважна частина Програм державного та регіонального (обласного) рівня, спрямованих на покращення гідроекологічного стану річково- басейнових систем лівих приток Дністра в межах Тернопільської області була виконана лише частково через брак фінансування. Найкращий рівень фінансування та, відповідно, реалізації мали інвестиційні проєкти, спрямовані на покращення гідроекологічного стану річок басейну Дністра в межах Тернопільської області, що виконувалися за кошти іноземних та вітчизняних інвесторів. Переважно такі проєкти спрямовані на реконструкцію або будівництво каналізаційно-очисних споруд (КОС) окремих населених пунктів. План управління районом річкового басейну Дністра (ПУРБ Дністра) містить перелік програм (планів) заходів для району річкового басейну, їх зміст та проблеми, які передбачено розв’язати. Всього до плану заходів ПУРБ Дністра запропоновано 197 основних заходів (28 з них стосуються території басейну в межах Тернопільської області). Основною причиною забруднення водних об’єктів області органічними, біогенними та небезпечними речовинами є недостатній ступінь очищення міських та промислових стічних вод або взагалі відсутність їх очистки. Тому серед переліку заходів, передбачених планом управління районом річкового басейну Дністра для території Тернопільської області, 93 % спрямовані на зменшення забруднення водних об’єктів органічними, біогенними та небезпечними речовинами від каналізаційних очисних споруд (КОС) урбанізованих територій та промислових підприємств.

The dissertation evaluates the hydroecological and hydrochemical characteristics of the river-basin systems (RBS) of the tributaries of the Dniester in Ternopil Oblast under man-made load conditions. The relevance of the research is determined by its scientific and practical significance. The majority of local water resources in Ternopil Oblast are formed by river-basin systems (tributaries of the Dniester), which occupy 82% of the region's area. At the same time, changes in the components of the water-heat balance, which are a consequence of climatic changes in the territory of the region, caused an increase in the unevenness of the intra-annual distribution of the water flow of the Podil tributaries of the Dniester, which is manifested in the increase in the probability of the formation of rain floods, on the one hand, and the probability of the onset of long periods of hydrological drought ( low water) - on the other hand. Along with the decrease in the water content of the rivers of the Ternopil region, there is a deterioration in the quality of river waters. The main sources of their pollution are wastewater from communal, industrial and agricultural enterprises. One of the reasons for such a situation is the unsatisfactory use of existing sewage treatment facilities, their overloading or their absence at all. Agricultural activity is a significant source of river water pollution. Along with surface runoff, organic and biogenic substances, residues of fertilizers and pesticides enter the river network from agricultural lands. They cause intense flowering of water, eutrophication of water bodies, lead to disruption of selfcleaning processes. The aim of the dissertation research is to assess the hydroecological and hydrochemical characteristics of river-basin systems (the tributary of the Dniester) in Ternopil Oblast under man-made load conditions. The object of the study is the river-basin systems of the Dniester tributaries within the Ternopil region. The subject of the study is the characteristics of the hydroecological and hydrochemical regime of the region's rivers under conditions of technogenic loading. The theoretical and methodical foundations of river-basin systems research are considered. The main reasons that led to the intensification of research on the subject of the dissertation were identified: increased anthropogenic load on river basins and their channels; deterioration of the quality of water resources and their hydro-ecological condition of rivers; the formation of high floods and low floodplains as a result of global and regional climate changes on the one hand, and excessive anthropogenic load on the RBS on the other. The analysis of natural conditions and man-made load within the river basin systems of the research region was carried out. In recent years, the use of drinking water for the population and the economy has stabilized in the region. Practically 99% of all water is used to meet the domestic, drinking, sanitary and hygienic needs of the population and industrial needs. Three-quarters of the land (76.2%) of the Ternopil Oblast is occupied by agricultural land, a large part of it (61.8%) is plowed, therefore the river basins are under significant anthropogenic load. An important factor in the man-made load on the flow of rivers in the region is the degree of its regulation by artificial reservoirs - reservoirs and ponds. There are 24 reservoirs and 676 ponds operating on the rivers - tributaries of the Dniester within Ternopil region, of which a significant part, especially on small rivers, is in an unsatisfactory sanitary and technical condition. The main left tributaries of the Dniester (Zolota Lypa, Koropets, Strypa, Seret, Nichlava, Zbruch in Ternopil Oblast) dismember Podilske with their channels. The left tributaries of the Dniester within the region are characterized by an annual spring flood (flood), a low summer-autumn water level with separate rain floods, and a low winter water level, which during thaws can be interrupted by rising water levels. The main direction of research of the RBS (tributary of the Dniester) of Ternopil Oblast is the study of their condition and dynamics. The study of the functioning of the river basin systems of the region was carried out on the basis of a spatio-temporal analysis of the characteristics of the water regime (their longterm fluctuations, intra-annual distribution) and parameters of the hydrochemical regime. The method of constructing difference integral curves was used to identify the cyclicity of long-term fluctuations in river flow in the region; determination of the intra-annual flow distribution of the rivers of Ternopil Oblast was carried out by us using the real year method. To assess the long-term fluctuations of water flow (average, maximum and minimum), the data of water flow observations at 11 hydrological stations of the left bank of the Dniester for the available observation period until 2020, inclusive, were used. Fluctuations of the average annual flow of the studied rivers are synchronous. Since 2012, the low-water phase of the flow began on the rivers of the basin. The specified period is also characterized by a tendency towards a decrease in the maximum runoff of spring irrigation, the minimum runoff of the winter period and the period of the open channel. The modern intra-annual flow distribution of the Podil tributaries of the Dniester basin is characterized by a decrease in the volume of runoff from spring irrigation, which is associated with an increase in air temperature during the period of snow accumulation and a decrease in the amount of precipitation in winter, and an increase in the flow of the summer-autumn and winter boundary from the volume of annual flow between studied periods. Hydroecological assessment of the water quality of the rivers of Ternopil Oblast (tributary of the Dniester) was carried out in accordance with the main hydrological seasons characteristic of the rivers of the basin: spring flood (flood), summer-autumn low tide and winter low tide. The chemical composition of the water and the hydrochemical regime of the left-bank tributaries of the Dniester were studied according to the content of the main ions, physicochemical parameters, biogenic substances, microelements and specific pollutants based on the database of the water monitoring system of the State Water Agency of Ukraine (1993–2020). The hydrochemical regime of rivers is more clearly manifested for the main ions and is generally related to the hydrological regime. The minimum concentrations of the main ions and the value of mineralization of the water of the studied rivers are observed during the summer-autumn border, which is explained by the precipitation of a significant amount of atmospheric precipitation, respectively, the presence of floods during this period, which contribute to dilution. The maximum of these indicators is observed in winter. The hydrochemical regime for biogenic substances, trace elements, and specific pollutants is less pronounced [116]. The author evaluated the water quality of the studied rivers by analyzing all long-term series of observations using the "Hygienic water quality standards of water bodies to meet drinking, household and other needs of the population" (2022) An analysis of state and regional level programs to improve the water quality of the rivers of the Ternopil region, implemented since the beginning of the 2000s, and the project of the Dniester River Basin District Management Plan 2025–2030 was carried out. The majority of State and regional (regional) level programs aimed at improving the hydro-ecological condition of the river basin systems of the left tributaries of the Dniester within Ternopil region were only partially implemented due to lack of funding. Investment projects aimed at improving the hydro-ecological condition of the rivers of the Dniester basin within Ternopil Oblast, which were financed by foreign and domestic investors, had the best level of financing and, accordingly, implementation. Mostly, such projects are aimed at the reconstruction or construction of sewage treatment facilities (WTP) in individual settlements. The Management Plan of the Dniester River Basin District (PURB Dniester) contains a list of programs (plans) of measures for the river basin district, their content and problems to be resolved. A total of 197 main measures are proposed for the plan of measures of the Dniester PURB (28 of them concern the territory of the basin within Ternopil Oblast). The main reason for the contamination of water bodies of the region with organic, biogenic and dangerous substances is the insufficient degree of purification of urban and industrial wastewater or the lack of purification at all. Therefore, among the list of measures provided for in the management plan for the Dniester river basin area for the territory of the Ternopil region, 93% are aimed at reducing the pollution of water bodies by organic, biogenic and hazardous substances from sewage treatment plants (STPs) of urbanized areas and industrial enterprises.