Типизация бассейнов рек Крыма по агроландшафтам и экологической нагрузке на них

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4 (12) 2013 г., [157-167] УДК 504.06:502.5

Е. А. Дунаева

П. И. Коваленко

ТИПИЗАЦИЯ БАССЕЙНОВ РЕК КРЫМА ПО АГРОЛАНДШАФТАМ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ НА НИХ

В статье изложена характеристика водообеспеченности Крыма с обозначением основных факторов, которые оказали влияние на доступность водных ресурсов и эффективность их использования. Предложен методологический подход для выделения основных типов бассейнов рек и оценки антропогенной нагрузки на них. Приведены авторские карты, а именно карта границ водосборных бассейнов, карта источников загрязнения водных объектов и карты экологического состояния бассейнов рек, для создания которых использовано программное обеспечение компании Esri (ArcView, инструменты Spatial Analyst и ArcHydro). Проведена типизация речных бассейнов по экологическому состоянию агроландшафтов территории по показателю использования земельных ресурсов и интегральному показателю, а также выделены основные источники загрязнения водных объектов. Выявлено, что интегральный показатель позволяет комплексно оценить антропогенную нагрузку на водосбор, обусловленную интенсивностью использования земельных ресурсов, степенью урбанизации территории и количеством загрязняемых веществ, сбрасываемых в водные объекты полуострова.

Ключевые слова: агроландшафт, бассейн, землепользование, водосбор, водные ресурсы, экологическое состояние.

Ye. A. Dunaieva

P. I. Kovalenko

RIVER BASINS TYPIFICATION OF CRIMEA BY AGROLANDSCAPES AND ECOLOGICAL LOAD

In this paper the characteristics of water availability in Crimea with the indication of the main factors that influence on the water resources accessibility and their use efficiency is described. A methodological approach for the allocation of the main types of rivers and assessment of anthropogenic load on them has been proposed. The author created maps, namely watershed boundaries map, water pollution sources map, and maps of ecological state of river basins, which were created using software of the Esri company (ArcView, Spatial Analyst tools and ArcHydro). The typification of river basins was carried out on ecological state of agrolandscapes on the territory by land use indicator and integrated indicator. The main polluters of water resources were identified. It was revealed that the integrated indicator allows evaluating the anthropogenic load on the watershed caused by the intensity of land use, urbanization level of the territory, and the amount of pollutants discharged into water bodies of the peninsula.

Key words: agrolandscape, basin, land use, watershed, water resources, ecological state.

Актуальность

Выделение типов и картирование бассейнов рек по разным типам

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4 (12) 2013 г., [157-167] природно-антропогенных комплексов, а также в зависимости от экологического состояния приобретает все большее значение для создания планов и схем рационального использования водных и земельных ресурсов территории, особенно в регионах с интенсивно меняющейся антропогенной нагрузкой, в т. ч. в Крыму.

По количеству местных водных ресурсов (речные и подземные воды) Крым относится к наименее обеспеченным регионам Украины. В Крыму

-5

на одного человека приходится меньше 400 м воды в год (в Украине -

-5

1700 м ). Средняя густота речной сети для территории Крыма составляет 0,22 км/км2, при этом в горной части она равна 0,7 км/км2, в равнинной -

Л

0,12 км/км [1]. Ресурсы речного стока 50 %-ой обеспеченности для полуострова составляют 0,86 км , в равнинной части этот показатель еще ниже

-5

и равен 0,13 км [2].

Особенностью водообеспеченности Крыма является существенная зависимость от внешнего источника водоснабжения - Северо-Крымского канала (около 80 % от общего объема используемых водных ресурсов поступает в Крым из Каховского водохранилища). Кроме того, значительное влияние на доступность и спрос водных ресурсов в последние годы оказывает перераспределение населения по территории полуострова (миграция в города, разрастание пригородных зон, фактор возврата и расселения депортированных народов и др.). Поэтому оценка доступности водных ресурсов и их качества являются важными элементами в создании системы эффективного использования местных водных ресурсов, их сохранения и воспроизводства. Для определения граничных уровней антропогенной нагрузки и формирования схем рационального и экологически-сбалансированного использования ресурсов предварительным этапом является типизация бассейнов и суб-бассейнов рек по нагрузке на них.

Методология

Для типизации бассейнов рек по агроландшафтам и экологической

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4 (12) 2013 г., [157-167] нагрузке на них использован следующий пошаговый алгоритм:

- выделение бассейнов рек и ранжирование их по площади;

- выделение агроландшафтов на основе данных землепользования, почв и орографии и определение нагрузки на бассейн;

- анализ антропогенной нагрузки по бассейнам и суб-бассейнам;

- картирование источников загрязнения (точечные, диффузные и площадные);

- анализ физико-химических показателей качества воды по участкам;

- оценка и картирование интегрального показателя состояния бассейна, суб-бассейна или участка реки.

Предложенный алгоритм может быть использован в т. ч. для типизации бассейнов рек по агроландшафтам и экологической нагрузке на них. Рассмотрим пример использования данного подхода для оценки экологической нагрузки на бассейны основных рек Крыма.

Результаты

Хотя территория Крыма в гидрологическом плане достаточно изучена [3-5], в т. ч. проведено картирование и выделены бассейны всех рек и основных водотоков полуострова, в данной работе для определения границ бассейнов задействованы возможности открытых программных продуктов ГИС (MapWindow [6]) с использованием электронной модели рельефа (DEM). Модель рельефа с пространственным разрешением 90 м принята по данным международного проекта STRM (The Shuttle Radar Topography Mission) [7].

Картированные бассейны (рисунок 1) подразделены по площади (км2) на 5 классов (> 2000; 2000-1000; 1000-500; 500-100; < 100). При этом в соответствии с Водным Кодексом Украины [8] только две реки на территории полуострова относятся к средним (с площадью водосбора

Л

> 2000 км ) - Салгир и Чатырлык.

0 25 50 100

Рисунок 1 - Бассейны рек Крыма

На основе картографической информации (типов землепользования, почвенно-климатического районирования, рельефа поверхности) выделены природно-территориальные комплексы (таблица 1), характеризующиеся однотипными категориями использования земельных ресурсов, почвенными свойствами и уклонами. При этом показатель землепользования (Н) и соответствующие разному уровню показателя оценки состояния водосбора

рассчитаны в соответствии с методологией, предложенной А. В. Яцыком

[9].

Таблица 1 - Характеристика основных бассейнов рек

Наименование реки/балки Площадь водосбора, км2 Количество агроландшафтов Состояние бассейна по показателю землепользования, Н

всего из них в естественном состоянии

мера оценка

шт. S, км2

1 2 3 4 5 6 7

Р. Салгир 3739 403 124 586 1,2 Близкое к норме/ удовлетворительное

Р. Чатырлык 2250 128 48 232 2,2 Хорошее

Б. Донузлав 1281 110 45 748 3,6 Хорошее

Р. Альма 639 56 30 367 2,3 Хорошее

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7

Р. Кача 571 65 36 360 2,6 Хорошее

Р. Самарчик (без притоков) 492 112 48 305 3,6 Хорошее

Р. Бельбек 507 66 41 304 1,2 Близкое к норме/ удовлетворительное

* Р. Вост. Булганак 551 43 9 38 1,8 Близкое к норме

Р. Черная 432 67 43 229 1,8 Близкое к норме

Р. Мокрый Индол 312 96 25 39 2,8 Хорошее

Р. Самарли 390 33 14 17 1,2 Близкое к норме/ удовлетворительное

Р. Сухой Индол 279 36 22 51 3,3 Хорошее

Типизация территории на основании качественной оценки позволяет картировать наиболее уязвимые участки, а также наметить очередность и приоритетные районы для улучшения ее экологического состояния. Пример картирования оценки экологического состояния бассейнов основных рек Крыма на основании показателя землепользования приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Основные типы бассейнов по состоянию

землепользования

Интегральная оценка экологического состояния бассейна обычно проводится на основании учета взвешенного влияния основных факторов, включая землепользование (параметры лесистости, сельскохозяйственного

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4 (12) 2013 г., [157-167] освоения, степени эродированности, урбанизации и др.), антропогенную нагрузку, наличие потенциальных источников загрязнения и других.

Антропогенная нагрузка на водосборы принята по статистическим данным о плотности населения, проживающего в границах водосборов.

К основным источникам загрязнения бассейнов рек Крыма по пространственной локализации относятся:

- точечные - выпуски канализационных очистных сооружений

-5

(244 шт., общая производительность 270,0 млн м /год, из которых 59 сооружений имеют собственные выпуски в природные водные объекты); полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) - 25 шт., автозаправочные станции (АЗС);

- диффузные - молочно-товарные фермы, птице-товарные фермы и смыв с сельскохозяйственных угодий (рисунок 3).

Измерением качества воды в контрольных створах рек Крыма занимается ряд республиканских организаций: Крымский республиканский комитет по охране природы, Санитарно-эпидемиологическая станция, Крымская гидрогеологомелиоративная экспедиция, а также лаборатории горводо-каналов. На основании обработки данных наблюдений этих организаций проведена оценка состояния качества воды на отдельных участках.

Интегральный показатель экологического состояния [9] рассчитан на основании отдельных оценочных параметров (землепользования, антропогенной нагрузки и др.) с учетом весовых коэффициентов по следующей зависимости:

/ = 0,3 Я+ 0,2,4+ 0,50, где / - состояние водосборного бассейна;

Я, А, () - показатели использования земельных ресурсов, антропогенной нагрузки и химического загрязнения водных ресурсов соответственно.

Рисунок 3 - Основные источники загрязнения бассейнов рек Крыма

Картирование бассейнов по интегральному показателю в сравнении с оценкой, проведенной только по параметру землепользования, приведено на рисунке 4.

Условные обозначения ----Реки

Г/?Х/, Населенные пункты Водные объекты

Состояние бассейна реки хорошее

удовлетворительное удовлетворительное/плохое плохое I очень плохое

Рисунок 4 - Оценка состояния р. Салгир по интегральному показателю

Проведенные расчеты показывают достаточно близкие качественные оценки состояния водосборов с использованием комплексного показателя землепользования или интегральной оценки. При этом экологическое состояние водосборной площади может существенно варьировать в границах одного бассейна по сравнению с усредненной оценкой в целом по бассейну. В таблице 2 приведено сопоставление расчетных параметров оценки состояния бассейна р. Салгир, проведенное на основании показателя землепользования и с учетом интегральной оценки.

Таблица 2 - Сравнительный анализ оценочных показателей ____________по р. Салгир_____________________________________________

Наименование суб-бассейна/участка реки Показатель землепользования Интегральный показатель состояния

Н Качественная оценка I Качественная оценка

Р. Салгир выше Симферопольского водохранилища - 0,1 Удовлетворительное - 0,1 Удовлетворительное

Симферопольское водохранилище - КОС (с. Укромное) - 0,6 Удовлетворительное, близкое к плохому - 1,98 Очень плохое

КОС (с. Укромное) - до впадения р. Биюк-Карасу 0,9 У довлетворительное, близкое к норме - 1,23 Плохое

Р. Салгир после впадения р. Биюк-Карасу 1,2 Близкое к норме - 0,44 У довлетворительное, близкое к плохому

Бассейн р. Биюк-Карасу 3,1 Хорошее 2,43 Хорошее

Сравнение выполненных оценок позволяет сделать вывод, что интегральные параметры смещают уровень оценок, особенно на отдельных участках. При этом для части суб-бассейнов или участков реки оценочные значения могут достигать критических (например, оценка экологического состояния для участка реки между Симферопольским водохранилищем и водовыпуском городских канализационных сооружений).

Выводы

Оценка состояния водосборов и их типизация, проведенная с использованием предложенного алгоритма и открытых программных продуктов, позволяет идентифицировать состояние речного бассейна по одному из выбранных критериев или провести интегральную оценку.

Согласно проведенной оценке экологического состояния водосборов основных рек Крыма по показателю землепользования ситуацию можно характеризовать как близкую к норме.

Вместе с тем, более детальный анализ бассейна р. Салгир, проведенный как с использованием показателя землепользования, так и интегральной оценки, показывает существенное варьирование экологического состояния по суб-бассейнам и отдельным гидрологическим участкам. Такая оценка позволяет картировать наиболее уязвимые участки, а также наме-

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 4 (12) 2013 г., [157-1б7] тить очередность и приоритетные районы для улучшения экологического состояния бассейна.

Список использованных источников

1 Олиферов, А. Н. Реки и Озера Крыма / А. Н. Олиферов, З. В. Тимченко. - Симферополь: Доля, 2005. - 216 с.

2 Справочник по водным ресурсам / под ред. Б. И. Стрельца. - К.: Урожай, 1987. - 304 с.

3 Поверхностные водные объекты Крыма. Управление и использование водных ресурсов: справочник / сост.: А. А. Лисовский, В. А. Новик, З. В. Тимченко, У. А. Губская; под ред. А. А. Лисовского. - Симферополь: КРП «Издательство «Крымучпедгис», 2011. - 242 с.

4 Трансформация структуры водного баланса в Крыму в ХХ веке -начале ХХІ века и ее оптимизация / под ред. В. А. Бокова. - Симферополь: Крымский научный центр, 2011. - 193 с.

5 Дунаєва, Є. А. Моделювання та оцінка динаміки притоку до Сімферопольського водосховища / Є. А. Дунаєва // Меліорація і водне господарство / Міжвідомчий тематичний науковий збірник НААН. Ін-тут ВПіМ. - К.: «Аграрна наука». - 2011. - Вип. 99. - С. 249-257.

6 Gary Watry G. A Practical Look at MapWindow GIS (1st Edition) [Электронный ресурс] / Gary Watry G., Ames D. P. - 2007. - 31б p. - Режим доступа: http:// MapWindow.org, 2013.

7 Hole-filled seamless SRTM data V1 [Электронный ресурс]. - International Centre for Tropical Agriculture (CIAT), 2004. - Режим доступа: http://gisweb.ciat.cgiar.org/ sig/90m_data_tropics.htm, 2013.

8 Водний кодекс України: прийнят 6 черв. 1995 р. // Відомості Верховної Ради України. - 1995. - № 24. - С. 189.

9 Яцык, А. В. Экологические основы рационального водопользования / А. В. Яцык. - К.: Изд-во «Генеза», 1997. - 640 с.

Дунаева Елизавета Андреевна - Институт водных проблем и мелиорации Национальной академии аграрных наук Украины (ИВПиМ НААН Украины), Институт сельского хозяйства Крыма Национальной академии аграрных наук У краины (ИСХ Крыма НААН Украины), аспирант, младший научный сотрудник.

Контактный телефон: +3(8050) 724-14-08.

E-mail: water_crimea@hotmail.com

Dunaieva Yelizaveta Andreyevna - Institute of Water Problems and Land Reclamation of the National Academy of Agricultural Sciences of Ukraine (IWP&LR of the NAAS of Ukraine), Institute of Agriculture of Crimea of the National Academy of Agricultural Sciences of Ukraine (IAC of Crimea of NAAS of Ukraine), Postgraduate Student, Junior Researcher.

Contact telephone number: +38(050) 724-14-08.

E-mail: water_crimea@hotmail.com

Коваленко Петр Иванович - доктор технических наук, профессор, академик Национальной академии аграрных наук Украины, действительный член (академик) Российской академии сельскохозяйственных наук и Итальянской сельскохозяйственной академии «Georgofili», Институт водных проблем и мелиорации Национальной академии аграрных наук Украины (ИВПиМ НААН Украины), советник дирекции института. Контактный телефон: +38(044) 257-88-37.

E-mail: pitkovalenko@gmail.ru

Kovalenko Petr Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of the National Academy of Agricultural Sciences of Ukraine, Academician of Russian Academy of Agrarian Sciences and Italian Agricultural Academy «Georgofili», Institute of Water Problems and Land Reclamation of the National Academy of Agricultural Sciences of Ukraine (IWP&LR of the NAAS of Ukraine), Adviser of the Institute Directory Board.

Контактный телефон: +38(044) 257-88-37.

E-mail: pitkovalenko@gmail.coml