CC BY
65
Geology • Geography
Dnipro university bulletin
Journal home page: geology-dnu-dp.ua
ISSN 2313-2159 (print) ISSN 2409-9864(online)
Dniprop. Univer.bulletin. Geology, geography., 25(2), 38-48.
Denys O. Dovhanenko, Anatolii S. Horb,
Svitlana M. Serdiuk, Oksana V. Lunova, Larysa V. Dotsenko
doi: 10.15421/111718
Dniprop. Univer. bulletin, Geology, geography., 25(2), 38-48.
Деяк1 аспекти паводкового схилового стокоутворення р1чок степовот зони з урахуван-ням сучасних тенденцш формування опад1в у межах Дшпропетровськот област1
Д.О. Довганенко, А.С. Горб, С.М. Сердюк, О.В. Луньова, Л.В. Доценко
Днiпровський нацюнальний утверситет шет Олеся Гончара, Днiпро, Украша, e-mail:ekodnu@i.ua
Received 19 October 2017
Received in revised form 30 October 2017
Accepted 15 November 2017
Резюме. Узагальнено результати багат^чних метеоролопчних спостере-жень за опадами в межах територй Дншропетровсько1 областг Охарактеризовано тенденцiю формування опaдiв на цш територп. Виявлено ознаки трансформаци клiмaту облaстi в 6iK тропiчного типу. Визначено, що мае мiсце збiльшення зволоження весняного сезону на фонi вiдсутнiх змш у бaгaторiчнiй динaмiцi. Встановлено придатшсть використання модуля r.sim.flow геошформацшно1 системи QGIS для моделювання схилового стоку. Висвгглено основнi результати штерпретаци числового експерименту з моделювання паводкового схилового стоку рiчок басейну р. Самара з урахуванням сучасного рiвня землекористування в межах басейну рiчки. Запропоновано умовну шкалу та метод оцшювання впливу антропогенних факторгв на формування поверхневого стоку малих рiчок. З'ясовано роль та встановлено ступшь впливу тдстильно1 поверхнi басейну р. Самара на формування стоку.
Ключовi слова: формування onadie, схилове стокоутворення, геотформацтт системи
A study on flood runoff of the steppe river based on the modern trends of precipitation formation in Dnipropetrovsk region
D. Dovhanenko, A. Horb, S. Serdiuk, O. Lunova, L. Dotsenko
Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine, e-mail:ekodnu@i.ua
Abstract. This study aims to define the quantitative, qualitative and spatio-temporal parameters of atmospheric precipitation and the surface runoff of rivers within Dnipropetrovsk region using the example of Samara River. The specified goal is achieved taking into account the problems of keeping and development of the water resource potential in Dnipropetrovsk region. At the first stage the survey analyzes the features of precipitation formation in Dniproperovsk region. The analysis is based on climate data base which includes fifty-six years of measurements by nine meteorological stations. The entire monitoring period was divided into two parts in order to find the trends of precipitation formation. The initial processing allows to confirm that there is a rising of moistening at researched region, spatially from southwest to northwest, and according to the annual statistics the max precipitation shifts to warm seasons of the year. The winter season is characterized by longer period of precipitation, contrary to winter, there is no changes in summer. Moreover, there are the torrential rains in summer and the average rain intensity does not exceed 1 mm per min. The probability of events when the rain intensity is more than 1 mm per min is about 3%. It was taking into account during the simulation. Nevertheless, one can see that rain type formation transformers into tropical one. The next main task of the research was to simulate the surface runoff of Samara River using the tool of QGIS- r.sim.water. The accuracy and reliability of the result correctness were confirmed by actual parameters of Vishnevy stream that placed in the territory of water-balance station Balzata (Moldova). As a result, the series of themes were created. It reflects the distribution of surface runoff parameters within Samara river basin during the warm season. In order to optimize the analyze the authors developed an estimation score system which is based on the influence of anthropogenic factors. Such solution allows to determine that the most problematic (from the "anthropogenic factors influence" point of view) regions are placed in the main river valley and at the southeast part of the Samara River basin. The rest part of the basin is characterized by minor or inessential influence of anthropogenic factors. The main anthropogenic factor that has the highest level of influence on the river runoff is an agricultural activity in the territory of Samara River basin. It affects the transformation time. The highest level of anthropogenic influence is determined in the middle of summer season, the lowest - in spring and autumn.
Keywords: precipitation formation, surface runoffformation, geographic informational system
Вступ. Атмосфернi опади - одш з основних складових ктматичних та гiдрологiчних ресур-cíb територи, оскiльки вiдiграють суттеву роль у фiзико-географiчних процесах i господарськiй дiяльностi людини. Зокрема в останньому випа-дку важливо знати bcí можливi флуктуаци кшь-костi опадiв на заданш територп, адже вiд цього залежить стутнь ризику здiйснення практично будь-якого виду господарсько! дiяльностi. Для району твденного степу найбiльш ^c^^ra^i в даному випадку iнтенcивнi зливовi опади на початку лiтнього сезону. З шшого боку, подiбнi випадки повинт мати сприятливий ефект на пдролопчний режим та стан руслово! мережi рiчок - повинна вщбуваеться iнтенcифiкацiя р> дкого та твердого стоку з територи басейну, що сприятиме очищенню руcловiй мережi та збшь-шенню водноcтi рiчки. Зазначет процеси пере-бувають у крихкш рiвновазi мiж собою. Пору-шуе рiвновагу водного балансу територп' надм> рна зарегульованicть стоку рiчок.
На жаль, реалiя сьогодення - це неможли-вicть рiзко! перебудови або вщмови вiд усього водогосподарського комплексу обласп та регю-ну в цшому на користь вiдновлення стоку рiчок. Цю проблему необхiдно виршувати поcлiдовно, з повним розумiнням того, що вщбуваеться та буде вщбуватися з водними об'ектами Дншро-петровсько! облаcтi в багаторiчнiй перcпективi.
З урахуванням всього вищевикладеного, прюритетними питаннями е визначення актуа-льних характеристик опадоформування та як вщбуваеться формування поверхневого схило-вого стоку з урахуванням цих характеристик та icнуючого рiвня господарсько! дiяльноcтi на територп'.
Труднощiв iз визначенням динамiки та просторово-часового режиму атмосферних опа-дiв не повинно виникнути, оскшьки база даних ще! величини достатньо мютка та якicна (Horb & Duk, 2006), (Babychenko, 1982 ), чого не мож-на сказати про стутнь вивченосп схилового стоку рiчок облаcтi. Цей елемент водного режиму рiчок завжди був та залишаеться дотепер проблематичним для вивчення в натурних умо-вах (Mitasova, Mitas, & Brown, 2001), (Molchanov, 1960), (Nazarov, 1981). Очевидною першопричиною cкладноcтi вивчення схилового стоку е його просторово-часова неоднорщшсть та вщсутшсть вiдповiдного iнcтрументального забезпечення для спостережень за його характеристиками.
Зважаючи на це, зрозумшим буде твер-дження, що визначення схилового стоку завжди залишатиметься розрахунковою характеристи-
кою, яку отримують шляхом розв'язання балан-сових pÍB^Hb, або числовим моделюванням. Необхщно зазначити, що приблизно з початку 2000-х роюв помiчаeться iнтенсифiкацiя розвит-ку геоiнформацiйних систем та модульних до-даткiв до стандартних систем, що дозволяють вiзуалiзувати формування схилового стоку та, вщповщно, отримати його кшьюст показники. Серед таких моделювальних систем можна на-звати ArcGis, GIS Idrisi System, Quantum Gis, GIS GRASS та ш. Одна з цих систем буде вико-ристана для моделювання стоку р. Самара та аналiзу просторового розподшу опадiв.
Самара - типова та найбшьша рiчка сте-пово! зони Укра'ни. Ii басейн розташований в межах одного з найбiльш промислово i аграрно розвиненого регюну Укра1'ни. Близько 60 % територи басейну зайнята сшьськогосподарськи-ми упддями, 17 % - тд елементами шфраструк-тури i населеними пунктами рiзного типу. На решт 23 % територи басейну розташовуються природнi ландшафти (водш об'екти, лiсовi ма-сиви, незаймаш дiлянки степу). Стiк рiчки заре-гульований понад 1500 ставками рiзного приз-начення. Об'ем усiх ставюв перевищуе серед-ньобагаторiчний об'ем поверхневого стоку р. Самари 95% забезпеченосп. Транспортувальна здаттсть рiчок басейну р. Самара значно зни-жена. Зараз виконуеться низка проекпв щодо вщновлення русел рiчок Велика Терновка, Бик та ш.
У вiдповiдностi з визначеною актуальтс-тю проблеми метою ще! роботи було визначення кшьюсних, якiсних та просторово-часових характеристик атмосферних опадiв та паводкового схилового стоку рiчок Дншропетровсько! обласп, на прикладi р. Самара. Матерiали i методи дослiдження. Матерiали дослщження базуються на спостереженнях дев'яти метеоролопчних станцiй Дншропетро-вщини за багаторiчний перiод (1960 - 2016 рр.). Обрано саме повний ряд спостережень, оскшьки була необхщтсть розкрити бшьш широкий спектр просторово-часових i динамiчних характеристик опадiв i в подальшому - схилового стоку. Для порiвняння характеристик опадiв ма-терiали спостережень подiленi на два перюди: перший перiод (далi «I») - 1960 - 1990 рр. i дру-гий (далi «II») - 1991 - 2016 роки.
Характеристика опадiв на територи обласп була вщображена за допомогою показниюв нерiвномiрностi (1), середньоквадратичного в> дхилення (2), коефщента зволоження (3) та ко-ефiцiента акумуляци (4). Крiм цього, розрахова-но нормованi показники кшькосп опадiв за ба-
гатор1чнии, сезоннии та мюячнии перюди та наведено шформащю про так зваш екстремальш дощ1, що мали мюце на територи обласп.
Показник перюдичносп (нер1вном1рносп) опад1в визначено за виразом (Hromov & Mamontova, 1974):
^«=#^•100%,
(4)
Z|mi-R/12L 100 0/0
(1)
де R - pi4Ha сума опадiв, — R/12| - сума абсолютних величин рiзницi мiж кiлькiстю опа-дiв кожного мюяця mi та 1/12 частиною pi4Hoi' суми опадiв.
Середньоквадратичне вiдхилення вщ но-рми опадiв обчислене за виразом (Hromov & Petrosyancz, 1994):
(2)
де 5 - середньоквадратичне вщхилення, (х„ — Xi) - рiзниця мiж найбшьшою xn i найменшою xi компонентами ряду, dn - коефiцieнт, який за тривалосп перiоду спостережень 20 - 30 роюв становить 3,67.
Для обчислення зволоження використову-сться багато рiзних показникiв, зокрема М. I. Будико, М. М. 1ванова, Г. Т. Селяншова та ш. У цiй роботi для обчислення показника зволоження застосовано модифшовану форму пдротер-мiчного коефiцieнта Г. Т. Селяншова та показник зволоження П. I. Колоскова (Hromov & Petrosyancz, 1994)
К = (W + Ä)/(0,18 • Л"),
(3)
де Кз - модифшована форма коефщента зволоження; Ш - запаси продуктивно! вологи у метровому шарi грунту, мм; К - кшьюсть опадiв за вегетацiйний перюд, мм; X £ - сума активних температур (>10 оС) за вегетацшний перiод. У розрахунках прийнятi вологозапаси, яю вщпов> дають 93,5 % середньо! вологоeмностi продуктивно! вологи.
Змшу вологозапасiв залежно вiд опадiв характеризують коефiцieнтом акумуляцi! Ка, який дорiвнюe вiдношенню вологозапасiв грунту на початку та в кшщ перюду до суми опадiв за цей перюд (Нготоу & Матойоуа, 1974):
де W& i W - вологозапаси в метровому шарi грунту в кiнцi та на початку перюду, мм; ER -сума опадiв за той же перюд.
Останнш показник досить часто викорис-товусться у гiдрологiчному моделюванш та пд-рологiчних розрахунках для з'ясування попере-днього зволоження територи басейну. В цiлому дослiдженнi вш використаний для корегування показникiв шфшьтрацшних втрат на кожен на-стуний промiжок часу моделювання схилового стоку.
Для виконання процедури моделювання був тдготовлений комплект вхiдних даних, який складався з двох блоюв: перший блок опи-суе умови землекористування iз щомiсячною динамiкою параметрiв рослинного покриву за теплий перюд року, другий характеризуе змоде-льоваш природнi умови в межах цього ж басейну за теплий перюд року. Другий блок даних -необхщна умова для визначення ступеня змш схилового стоку, оскшьки шформацп про характеристики природного схилового стоку для дано! територи не юнуе. Кожен iз комплекпв включае такi набори карт: цифрова модель рельефу (ЦМР) мюцевосп; формування ефектив-них (стокоформувальних) опадiв; параметри шорсткостi рiзних типiв поверхонь; висота рослинного покриву; середньомюячш показники пдрометеоролопчних величин.
У процес вивчення умов землекористування в межах басейну рiчки були використаш серi! супутникових знiмкiв радiометра Landsat. Основний ряд зшмюв Landsat включае 28 зшм-кiв, якi характеризують стан поверхш заданого регiону дослщження за перiод квiтень - жовтень 2016 року. Визначення титв землекористування i дослiдження динамiки рослинного покриву виконувалося iз застосуванням таких пiдходiв як: визначення спектральних показникiв титв поверхонь, вiзуальна iдентифiкацiя за прямими i непрямими ознаками; розрахунок нормалiзова-ного вегетацiйного iндексу (NDVI). Таким чином, були отримаш карти землекористування i динамiки рослинного покриву в межах басейну р. Самара за перюд квггень - жовтень. Приклад одше! з карт наведений на рисунку 1.
Рис. 1 Карта стану поверхш басейну р. Самара за липень 2016 року
Моделювання природних умов виконува-лося шляхом екстраполяци показниюв степово! рослинносп з дшянок, на яких не здшснюеться господарська д1яльшсть. Допущення, зроблеш тд час побудови карт моделей природних умов, полягали в такому: рельеф територп залишаеть-ся без змш; процедури швелювання проходили тшьки штучно створеш форми рельефу (населе-ш пункти, зал1зничш та автомобшьш дороги, кар'ери { терикони); штучш водойми замщува-лись дшянками руслово! мережц ус люов1 ма-сиви (за винятком протиерозшних та впролам-них насаджень) залишаються без змш; елементи шфраструктури замщаються природною степо-вою рослиннютю; грунтовий покрив територи залишаеться без змш.
Пюля побудови карт титв землекористу-вання { змодельованих природних умов, вщпо-вщно, по мюяцях розрахункового перюду, були сформоваш карти властивостей отриманих титв поверхонь: шорсткосп, висоти { щшьносп рослинного покриву; грунтовий покрив залише-но без змш.
1нфшьтрацшш властивосп грунтового по-криву { !х змша за д1е! рослинного покриву, ш-тенсивносп дощу й орограф1чних умов були встановлеш за довщковими даними (Саппа1а,
2003), (Chaplot, 2003), (М^оуа, Mitas & Brown, 2001). Коефщент Манншга (коефщ1ент шорсткосп) також установлений за довщковими даними { вщповщно до визначених умов (^ар1о^ 2003). Карти формування ефективних опад1в складали за допомогою шструмент1в алгебри карт виходячи з водно-балансового сшввщно-шення типу:
1е = И — I — ЕТ, (5)
де R - штенсивнють опад1в, мм/хв; I - шфшьт-ращя, мм/хв; ЕТ - евапотрансшращя, мм/хв.
Розрахунки евапотрансшрацп проводили-ся з використанням штегрованого в QuantumGIS модуля геуароРМ (розробник М. Каната, МП1). Ус показники необхщш для розрахунку зна-чення евапотрансшрацп, задавалися згщно з ре-комендащями М. Каннати (Cannata, 2003).
Безпосередньо для моделювання та пода-льшого анал1зу розрахункових характеристик схилового стоку використано геошформацшну систему Quantum GIS. Зокрема, моделювання стоку виконано за допомогою модуля r.sim.water, а анал1з та штерпретащю отриманих
даних - за допомогою iнструментiв просторово! статистики i алгебри карт.
Достовiршсть та адекватнiсть моделю-вання стоку за допомогою модуля r.sim.water перевiрено шляхом спiвставлення розрахунко-вих та фактичних значень стоку струмка Виш-невий (водно-балансова
станщя с. Балацата, Молдова). З'ясовано, що середньоквадратичне вiдхилення складае 10,2
%, що цшком прийнято згiдно з юнуючими но-рмативними документами.
Результати та Тх аналiз. За результатами аналь зу формування опадiв на територи Дншропет-ровсько! областi побудовано наскрiзний графш середнiх рiчних сум опадiв на Дншропетровщи-нi, згладжений методом ковзного середнього за п'ятирiчнi перiоди (рис.2).
600550- ^
500-'' ^—-
---- / \/ \ / \ /
¡450- ' V
400350-
300—•—I—I—I—I—I—I—I—I—i—I—I—I—i—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г-
омчщооом^юооогмч-шмогд^юооомч-шооомч-ю (XlUDlO^D^I^r^r^-r^-r^OOoOOOOOtXJCricriCTlCTlCTlOOOOOT-lT—I н и oicnmmmmmoimmmoimoioioioiaioioooooooooo
HHHHHHHHHHHHriHHHHHHHNINNNfMNtNIMN
роки
Рис. 2. Середня pi4Ha кшьюсть опадiв на Дншропетровщиш
На основi геометричного осереднення на-креслено лiнiю тренду, яка свщчить, що за весь дослщжуваний перiод спостерiгаеться позитив-ний тренд кшькосп опадiв, а середне мiжрiчне збiльшення !х кiлькостi становить 1,4 - 1,5 мм за рш.
За увесь перюд спостережень можна видь лити чотири цикли шдвищено! кiлькостi опадiв, тривалiстю 7, 12, 9 i 8 роюв i чотири цикли знижено!, тривалiстю 9, 11 i 10 роюв, четвертий цикл ще тривае. Середня тривалють циклiв шдвищено! i знижено! кiлькостi опадiв становить 9 - 10 роюв. За умов збереження позитивного тренду опадiв можна припустити, що четвертий цикл знижено! кшькосп опадiв закiнчуеться.
За фактичними даними, середня рiчна кь лькiсть опадiв у I перiодi становить 492 мм, у II перiодi - 528 мм (табл.1). З плином часу середня рiчна кшьюсть опадiв може суттево змшюва-тись. Пiд час I перюду спостережень найбiльша сума рiчних опадiв 802 мм зафiксована на ме-теостанцi! Днiпропетровськ у 1960 рощ, най-менша - 250 мм у 1988 рощ на метеостанцп Н1-кополь. У II перiодi максимальна рiчна кiлькiсть
опад1в вщм!чена метеостанщями Чаплине - 910 мм, Губиниха - 812 мм, Дншропетровськ - 805 мм. На Дншропетровщиш середнш р1чний максимум опад1в 738 мм припав на 2004 рш. Mim-мальна р1чна сума опад1в 236 мм зафшсована у 2011 рощ метеостанщею Кривий Pir.
Географ1чний розподiл i часовi характеристики середньомюячних i середньорiчних сум опадiв по територii областi, зокрема, у другш половинi ХХ столптя наведенi у працях авторiв (Horb, 2006), (Horb & Duk, 2006). Доповнити вщомосп можна порiвнянням сезонних характеристик опадiв I та II перiодiв спостережень (табл. 2). Аналiз порiвняння показуе, що середня сума зимових опадiв II перюду становить 116 мм, що на 6 мм менше, шж у I перюдц веснянi опади, при суш 129 мм, збшьшилися на 17 мм; сума лггшх опадiв у II перiодi становить 158 мм, що на 4 мм бшьше, шж у I перюдц восени сума опадiв II перюду дорiвнюe 125 мм, тобто на 16 мм бшьше вщ I перюду. Таким чином, основне збшьшення опадiв II перiоду припало на весняш й осiннi опади (13,1 i 16,8 % вщповщно
Таблиця 1. Середн pi4Hi суми опадiв (мм). Днiпропетровщина
Перюд спостере-ження Метеостанци rod
Губи-ниха Комюа-р1вка Кривий Р1г Лошка-р1вка Дшпро-петровськ Павлоград Шкополь Синельникове Чап-лине
I (1961 - 1990 рр.) 531 491 463 480 506 507 450 474 525 492
II (1991 - 2016 рр.) 556 519 441 514 560 536 479 559 592 528
Р1зниця +25 +27 -22 +34 +54 +29 +29 +85 +67 +36
Територ1ально спостер^аеться загальна тенденщя збшьшення опад1в i3 твдня та тв-денного заходу на швшч та схщ.
Для характеристики частоти опадiв вико-ристовують число днiв з опадами, за день з яки-ми приймають такий, коли впродовж доби ви-пало >0,1 мм опадiв (Lipins'kyy, Dyachuk, Babichenko, Bondarenko, & Rudishyna, 2003. ). Аналiз таблиц 3, де наведено середнi мюячш та
сезоннi кiлькостi днiв з опадами, показуе, що вiдмiнностi мiж I та II перiодами не суттевь В II перiодi середня рiчна кiлькiсть днiв з опадами зменшилась на 3,7 за рахунок лпнього (-2,1 дня) та осшнього сезонiв (3,8 дня). Зимового сезону кшьюсть днiв з опадами зросла на 2,2 дня, влгг-ку ця характеристика однакова для обох перю-дiв.
Таблиця 2. Середн сезонш суми опад1в (мм). Дншропетровщина
Перюд спостережень Сезони
Зима Весна Лгго Осшь
I - 1961 - 1990 рр. 122 112 154 104
II - 1991 - 2016 рр. 116 129 158 125
Р1зниця -6 +17 +4 +21
Таблиця 3. Середня мюячна, сезонна та р1чна кшьюсть дшв з опадами >0,1 мм
Перюд Характеристика Сезон, дн Сере-дне за рш
Зима Весна Лгго Осшь
XII I II III IV V VI VII VII IX X XI
I Середньо-мюячна 13,4 13,5 11,4 10,9 10,2 10,3 11,3 9,3 8,1 8,5 8,8 11,0
сезонна сума 38,3 31,4 28,7 28,3 126,7
II Середньо-мюячна 13,9 13,8 12,8 12,1 8,8 10,5 10,3 9,6 6,7 7,0 7,9 9,6
сезонна сума 40,5 31,4 26,6 24,5 123,0
Р1зниця м1ж I i II +2,2 0,0 -2,1 -3,8 -3,7
Частота випадання опадiв залежить не тiльки вщ пори року, а й вщ географiчного по-ложення, рельефу та орографп мiсцевостi. Цей показник збшьшуеться з пiвдня на пiвнiч Днш-ропетровщини вiд 114 - 120 дшв до 125 - 126 дшв, а також у бш пiднiжжя Донецького кряжу - до 124 - 125 дшв.
Ытенсивнють опадiв визначають iз вщ-ношення суми опадiв до тривалостi цього перю-ду i виражають у мм/хв чи мм/год. Нашнтенси-внiшi опади випадають з конвективних хмар у лггнш перiод. Причому за день з опадами випа-дае 6 - 9 мм. В окремих випадках середнш до-бовий максимум опадiв (20 - 25 мм) може бути перевищеним у декшька разiв. Вiдомий випадок
зливи (Babychenko, 1982 ) 28 липня 1977 року в Дншропетровську, тд час яко! лише за 2 години випало 120 мм опадiв. Подiбнi випадки спосте-рiгались у Павлоградi та Кривому Розi в першш половинi ХХ столiття. Як правило, найбiльшi значення рясних злив мають iнтенсивнiсть 1,24 - 1,74 мм/хв. Але лише в 3 % випадюв штенси-внiсть може сягати 1 мм/хв (Horb, 2006).
Середня рiчна тривалють опадiв збшьшуеться з швденного заходу на твшчний схiд i схiд вщ 708 до 783 годин. У теплий перiод року можуть випадати твердi опади - град. Другий перiод спостережень вiдрiзняеться вiд першого бiльшою кiлькiстю днiв iз градом. Якщо в 50 -80 роки ХХ ст. це явище природи вiдмiчалось 1
- 2 рази за piK, а в OKpeMi роки його не було зо-BCiM, то в останш 2 - 3 десятилггтя град випадае щоpiчно до 2 - 3 pазiв за piK. Так, у 2008 рощ в с. Волоське Дншропетровського району спосте-piгалось по одному випадку граду три мюящ поспшь (IV, V, VI). На фош потеплiння за останнi 15 - 20 роюв у континентальному тит опадiв помipних широт почала проявлятися нова риса, притаманна тротчним опадам.
Автори статтi зафiксували декшька випа-дкiв короткочасних злив iз купчастих хмар виду Си cong, зокрема 30.06.2008 та 25.05.2016 роюв. У першому випадку - за температури повiтpя 26 оС i 6 балiв хмар Си cong, двi з яких перемща-лися через пункт спостереження i дали коротко-часш зливи середньо! штенсивносп та тривалю-тю 4 i 6 хвилин. Другий випадок спостерпався на фонi 4 балiв Си cong i Си med за температури повпря бшя земно! поверхш 28 оС та значно! вщносно! вологостi. Хмара виду Си cong, нижня межа яко! зафiксована на висот приблизно 1 км, дiаметp основи сягав близько 2 км, вершина хмари перебувала за позитивних температур.
Таблиця 4. Перюдичшсть опадав за метеостанщями Дншр
Хмара пролилась дощем значно! iнтенсивностi впродовж п'яти хвилин. В обох випадках штен-сивно розвивалась конвекщя. Подiбнi випадки вже не поодинокг
Кpiм кшьюсних характеристик i просто-рово-часового режиму опадiв, споживачiв piз-них галузей народного господарства щкавлять iншi параметричш характеристики опадiв, зокрема, перюдичшсть, мшливють, акумуляцiя опадiв i зволоженють територи.
Матеpiали спостережень I перюду характеризуются такими показниками перюдичносп опадiв на Днiпpопетpовщинi: середне значення становить 51,8 %, мшмальне 28 % вiдмiчене метеостанцiею Павлоград у 1975 рощ, максима-льне 74 % - Дншропетровськ, 1972 рш.
У просторовому розподш найбшьша перюдичшсть опадiв 53 - 54 % спостерпаеться на пiвднi та твденному заходi територи областi, зменшуеться у центральних районах до 49 - 50 % i збшьшуеться до 51 % на швшч та схiд вщ центра (табл. 4).
эовсько! област
Метеостанщя Перюд Метеостанщя Перюд
I II I II
Губиниха 50,9 48,0 Павлоград 50,9 51,0
Комюар1вка 50,7 49,1 Нткополь 49,9 51,0
Кривий Кг 54,5 52,3 Синельникове 53,5 51,5
Лошкар1вка 53,4 53,5 Чаплине 52,6 51,8
Дншропетровськ 49,4 48,1 Середне 51,8 50,7
У II пеpiодi спостережень показник перю-дичностi опадiв дещо змiнився: середне значен-ня склало 50,7 % i на 1 - 2 % зменшився показ-ник на захода центpi та твденному сходi облас-тi.
Суттевих вщмшностей мiжмiсячноï мш-ливостi опадiв в обох перюдах спостережень не вщбулося, середне значення становило 51,6 i 50,9 вщповщно до пеpiодiв. Мiжpiчнi показники теж суттево не в^^зняються - 25,0 та 25,9. Але в просторовому розподш мшливють опадiв I перюду зменшувалась вiд перифершних pайонiв до центральних, а в II пеpiодi показники мшли-восп зростали вiд 22 до 28 з твденного заходу на твтчний схiд та схiд теpитоpiï.
Середнш показник зволоження Кз у I пе-piодi на Днiпpопетpовщинi становить 25,6, мь нiмальний 12,6 (Ншополь 1967 piк). У II rap^i спостережень сеpеднiй Кз становить 25,8, мшь мальний 14,4, (Кривий Рп, 2005 piк). У просторовому розподш територи Днiпpопетpовськоï областi впродовж обох пеpiодiв спостережень
коефiцiенти зволоження практично однаковi й змiнюються вщ 22 на пiвднi до 32 на швночг
Основна кiлькiсть опадiв акумулюеться восени та холодного перюду року, до якого можна вщнести також перюд снпотанення навесш. У теплий пеpiод опади швидко випаровуються iз земноï повеpхнi i трансшрацп рослин, тому акумуляцiйнi запаси вологи нестабшьш. Особ-ливiсть осшнього пеpiоду полягае в тому, що грунт ще не промерз, випаровування зменшу-еться у зв'язку зi зниженням температури, тому волога вшьно просочуеться в грунт. Взимку во-лога накопичуеться на повеpхнi промерзлого грунту й просочуеться в нього лише в перюд снпотанення. Виконаш розрахунки коефщента акумуляцп показали, що восени акумулюеться 54,6 % опадiв, у холодний перюд року - 33,9% (I перюд спостережень), 52, 6 % - восени, 33,2 % в холодну пору року (II перюду спостережень). Деяке зменшення коефщента акумуляцп опадiв у кшщ ХХ та на початку XXI ст. очевидно пов'язане iз збшьшенням випаровування, зумо-вленого потеплшням ктмату.
TaSa^H 5. noBToproBamcTt (%) pi3Hoi TpuBanocri gHiB nig Hac 6e3go^oBux nepiogiB, 2000 - 2016 poKH.
noBToproBaHicTb TpuBanocTi nepiogiB (gHi)
>10 >20 >30 >40 >50 >60
35,3 25,5 17,6 13,7 5,9 2,0
HaM6inbmi Koe^^iemu aKyMyna^i ociHHix onagiB npHTaMaHi niBgeHHo-3axigHiM Ta niBgeHHiM TepHTopii 56 - 60 %, 3MeHmyroTbca Ha niBHiH Ta cxig go 50 %. 3uMoBa aKyMyna^a onagiB 3MeH-myeTbca y ToMy ^ HanpaMKy Big 60 go 50 % (I nepiog cnocTepe^eHb). AKyMyna^a ociHHix onagiB II nepiogy 3MmroCTbca 3 niBgeHHoro 3axogy Ha niBHiH Ta cxig Big 62 go 48 %; xonogHoi HacTHHH poKy po3nogin aKyMyna^i onagiB no TepHTopii o6nacT mmuM: MimManbHi 3HaHeHHa 30 - 34 % oxonnroroTb MaM^e Bcro ^mpanbHy Ta niBHiHHo-3axigHy HacTHHH TepHTopii', MaKcHManbHi 38 - 40 % niBgeHb.
flna ^opMyBaHHa noBHoi' xapaKTepucTHKH onagiB y Me^ax flmnponeTpoBcbKoi o6nacT Ta 6aceMHy p. CaMapa 3oKpeMa 6yno BH3HaneHo Kinb-KicTb 6e3go^oBHx nepiogiB. Y 50 - 70 poKH XX ct. Ha ^HinponeTpoB^HHi KinbKicTb 6e3go^oBHx nepiogiB TpHBanicTro >10 gHiB He nepeBH^yBana n'aTH, >20 gHiB - gBox, nepiogu TpHBanicTro >90 gHiB He cnocTepiranucb (Horb & Duk, 2006). Y Ta6nu^ 5 HaBegeHo noBToproBaHicTb TpuBanocT 6e3go^oBHx nepiogiB Tennoi HacTHHH poKy 3a ocTaHHi 16 poKiB (2000 - 2016 pp.). O^HKa bhko-HaHa 3a gaHHMH cnocTepe^eHb АМCЦ flmnpone-TpoBcbK. 3a gocnig^yBaHHH nepiog ^opiHHo cno-cTepiranocb Big 2 go 5 6e3go^oBHx nepiogiB.
TpHBani nepiogu 6e3go^iB'a noB'a3aHi 3i cтaцioнapннмн aнтнцнкnoнaмн, ^o TpuBanuM Hac nepe6yBaroTb Hag ^mpanbHHMH Ta cxigHHMH paMoHaMH CBponu. nepiogu 6e3 onagiB cnocTepi-raroTbca aK Tennoro, TaK i xonogHoro nepiogy.
3a pe3ynbTaTaMH aHani3y ^opMyBaHHa onagiB Ha gocnig^yBamM TepHTopii' 6yno BH3HaneHo ocHoBHi xapaKTepHcTHKH go^iB, ^o Mo^yTb npo-BoKyBaTH ^opMyBaHHa naBogKiB. Цi xapaKTepHcTHKH iHTeHcHBHocTi go^iB BHKopHcTaHi gna po3-paxyHKy KinbKocTi cTOKo^opMyBanbHHx onagiB (Horb & Duk, 2006).
3a pe3ynbTaTaMH npoBegeHHx po3paxyHKiB oTpHMaHo 448 KapT, ^o Big6uBaroTb ^opMyBaHHa cToKy cxHny b Me^ax 6aceMHy p. CaMapa 3a Ten-nuM nepiog poKy, noHHHaroHH 3 KBiTHa i 3aKiHHy-roHH ^oBTHeM.
Cepeg BKa3aHoi KinbKocTi KapT 212 Big6u-BaroTb ^opMyBaHHa noBepxHeBoro cToKy b «aH-TponoreHHHx yMoBax», 212 KapT - b 3MogenboBa-hhx npHpogHHx yMoBax. ^e 24 KapTH Bigo6pa-^aroTb npoцec eBanoTpaHcnipa^i b Me^ax 3aga-Hoi TepHTopii BignoBigHo b yMoBax amponoreHHo-ro HaBaHTa^eHHa i 3MogenboBaHHx npHpogHHx
yMoBax. KapTH, ^o xapaKTepu3yroTb ^opMyBaHHa noBepxHeBoro cToKy, ginaTbca Ha gBi KaTeropii: go nepmoi Hane^aTb KapTH rnH6HHH noToKy Ha cxu-ni, go gpyroi - KapTH BHTpaTH Bogu Ha cxunax. Po3paxyHoK rnu6HHH i BHTpaT noToKy Ha cxunax BHKoHyBaBca Hepe3 neBHHM npoMrnoK Hacy, a caMe Hepe3 1 rogHHy gna go^iB i3 TpHBanicTro go 20 rogHH i Hepe3 20 xBHnHH gna go^iB i3 bhcokom iHTeHcHBHic™ (go 2 mm/xb) i TpHBanicTro go 1 rogHHH.
nopiBHanbHHM aHani3 pe3ynbTaTiB Mogenro-BaHHa cToKy cxuny BHKoHyBaBca 3a cxeMoro:
1) BH3HaneHHa BHTpaT noToKy Ha cxuni, ^o ^opMyroTbca 3a BnnHBy oKpeMHx THniB 3eMneKo-pucTyBaHHa (BignoBigHo gna 3MogenboBaHHx npu-pogHHx i aHTponoreHHHx yMoB);
2) BH3HaneHHa BHTpaT noToKy Ha cxuni, aKi ^opMyroTbca 3a BnnHBy aHTponoreHHHx hhhhhmb;
3) nopiBHaHHa noKa3HHKiB BHTpaT BogH B noтoцi Ha cxuni, aKi ^opMyroTbca b aHTponoreHHHx i 3MogenboBaHHx npupogHHx yMoBax;
4) cKnagaHHa KapT MipH BnnHBy aHTpono-reHHHx HHHHHKiB Ha ^opMyBaHHa cToKy cxuny b Me^ax 6aceMHy p. CaMapa 3a TennuM nepiog poKy.
no^aKTopHHM aHani3 y Me^ax 6aceMHiB 3-5-so nopagKiB go3BonHB BHaBHTH, ^o BnnHB Ha $o-pMyBaHHa cToKy 3HaHHoro Miporo 3ane^HTb Big cTOKo^opMyBanbHHx yMoB KoHKpeTHoro мicaцa. npu ^oMy 3aKoHoMipHHx 3MiH y npoцeci $opMy-BaHHa cToKy cxuny (nopiBHaHo 3 npupogHHMH yMoBaMH) Big ogHoro ce3oHy go iHmoro BHaBneHo He 6yno, ocKinbKH aHani3yBanHca cTaHgapTH3oBaHi yMoBH.
3a 3MogenboBaHHx npupogHHx yMoB Mae Mi-cцe 3aKoHoMipHicTb mBHgKocri ^opMyBaHHa cToKy cxuny. TaK, 3a BecHaHo-niTHiM nepiog Mo^Ha ro-BopuTH npo 36inbmeHHa Hacy ^opMyBaHHa cToKy b cepegHboMy Ha 120 ceKyHg i, HaBnaKH, 3a niTHbo-ociHHiM nepiog BigMinaeTbca 3MeHmeHHa Hacy Ha 90 - 100 ceKyHg (gna Manux Bogo36opiB). B aHTponoreHHHx yMoBax тeнgeнцia Mae npoTHne^-hhm xapaKTep. 3a BecHaHo-niTHiM nepiog BigMiHa-eTbca 3MeHmeHHa Hacy ^opMyBaHHa, 3a niTHbo-ociHHiM - 36inbmeHHa Ha 20 - 50 ceKyHg. Ochob-hhm hhhhhkom npu цboмy BucTynae pocnHHHHM noKpuB Ha cinbcbKorocnogapcbKHx yriggax.
EneMeHTH iH^pacTpyKTypu i cinbcbKoroc-nogapcbKi yrigga 6e3 pocnHHHoro noKpHBy B 6i-
nbmocTi BHnagKiB cnpuHHHroroTb 36inbmeHHa BHTpaT noToKy Ha cxuni. Oco6nHBo HiTKHM BnnHB yKa3aHHx HHHHHKiB npocTe^yeTbca Ha cxunax 3
45
ухилом до 1о. Протиерозшш насадження i при-роднi лiсовi масиви сприяють накопиченню i затримщ стоку на схилi. У рiзнi сезони за раху-нок протиерозшних насаджень вiдмiчаеться на-копичення до 90 % схилового стоку (залежно вщ розташування вiдносно напряму спкання).
Рiзниця мiж показниками глибини i ви-тратами води на схил^ якi сформувалися в умо-вах антропогенних чинниюв i змодельованих природних умовах у 80 % випадюв не переви-щуе 3 %. За впливу окремих чинниюв (напри-клад, елементiв iнфраструктури) рiзниця мiж показниками змiнюеться вiд 0,1 до 20 %.
По сезонах теплого перюду року у фор-муванш стоку схилу були виявлеш такi особли-востi:
1. За весняний сезон на 97 % територи ба-сейну за впливу антропогенного навантаження формуеться в 1,3 рази бшьше об'ему стоку схилу порiвняно зi змодельованими природними умовами. Рiзниця в показниках витрати води i глибини потоку у бшьшосп випадкiв не пере-вищуе 5 %. Викликано це переважною бшьшю-тю випадкiв нерiвномiрнiстю розвитку трав'яно! рослинностi в межах окремих басейшв рiчок. Так, у травш на сiльськогосподарських угiддях рослиннiсть розвинена дещо слабкiше, нiж на дшянках з природною рослиннiстю.
2. На початку лггнього сезону вiдмiчаеть-ся протилежна ситуащя. На 63 % територи ба-сейну рiчки спк формуеться дещо повiльнiше. Тiльки на вщносно пологих дiлянках (заплавнi дшянки i мiськi територi!) показники стоку вищi змодельованих природних аналогiв. Таю територи складають 35 % вщ загально! площi басей-ну. У липш кiлькiсть подiбних зон збшьшуеться до 45 % вщ усiе! територi!, що пов'язано зi зме-ншенням площ орних земель, покритих рослин-нiстю. У серпш кiлькiсть областей в межах ба-сейну, де вiдмiчаеться збiльшення показниюв стоку за рахунок антропогенних чинниюв скла-дае 96 %. Така ситуащя зумовлена зменшенням площ земель, iз рослинним покривом.
3.У вересш умови формування стоку схилу дещо подiбнi до весняного перюду. Зони, в межах яких показники стоку збшьшуються за рахунок антропогенних чинниюв, складають 31 % вщ площi басейну рiчки. Цю ситуащю можна частково пояснити повторним заростанням сшь-ськогосподарських угiдь. У жовтш частка таких зон зростае до 69 %, що викликано завершенням урожайно! кампанi! i пiдготовкою сшьськогос-подарських угiдь до наступного сезону.
Для узагальнення умов формування схилового стоку по територи басейну р. Самара прийнято ршення штерпретувати стутнь тран-сформованосп стоку рiчки в бальнiй ощнщ Так, у разi виявленого збшьшення або зменшен-ня показникiв стоку за впливу одного конкретного фактора призначався один бал. Осюльки юльюсть факторiв, що аналiзувалися в досл> дженнi, становила 10, максимальна ощнка антропогенного впливу становила 10 балiв.
За результатами тако! iнтерпретацi! побу-довано серiю карт, що вщображають умовний ступiнь трансформаци стоку в межах басейну рiчки Самара. На рисунку 3 наведено приклад тако! карти, на яюй позначено зони (басейни) з рiзною мiрою антропогенного впливу на формування схилового стоку за теплий перюд.
Згщно з отриманими картами найбшьша мiра антропогенного впливу на формування стоку схилу вiдмiчаеться в частинах басейну рiчки з високим рiвнем урбанiзацi! - Днiпропет-ровський, Новомосковський, Павлоградський райони Дншропетровсько! областi й Олександ-ровський, Добропшьський, Червоноармiйський, Великоновоселкiвський райони Донецько! обла-стi.
Отриманий картографiчний матерiал мае значний потенцiал для використання у сферах водного господарства, охорони довюлля, гщро-логiчних i гщроеколопчних дослiджень. Також отриманi результати можуть служити основою для розробок методолопчно! i нормативно! бази у вказаних сферах господарсько! i науково! дiя-льностi.
Phc. 3. CTyniHt BnnHBy amponoreHHnx ^aKropiB Ha ^opMyBaHHa cxunoBoro cToKy (nnneHt 2016 p.)
Biichobkii Ta peKOMeHfla^T. 3a pe3ynbTaTaMH BHKoHaHoro gocnig^eHHa c^opMoBaHo TaKi bh-chobkh.
• AHani3 pe3ynbTaTiB cnocrepe^eHb cBig-HHTb npo cyTTeBi npocTopoBo-HacoBi Ta MmpiHHi 3MiHH aTMoc^epHHx onagiB. BignoBigHo I nepiogy cnocrepe^eHb (1960 - 1990 pp.) KinbKicTb onagiB II nepiogy (1991 - 2016 pp.) 36inbmunacb Ha 7 %. HaM6inbma cepegHa piHHa KinbKicTb onagiB Ha ^HinponeTpoB^HHi BigMiHeHa y XX ct. - 689 mm (1966 p.), y XXI ct. - 738 mm (2004 p.). A6conro-thhm MaKcHMyM cepegHix piHHHx onagiB 910 mm BigMiHeHHM MeTeocraH^ero HannuHe (1977 p.). A6conroTHHM MiHiMyM piHHHx cyM onagiB 236 mm BigMiHeHHM MeTeocraH^ero KpuBuM Pir y 2011 po^.
• Y TepuTopianbHoMy BigHomeHHi HaM-MeHmoro KinbKicrro onagiB xapaKTepu3yeTbca niB-geHHo-3axigHa HacTHHa o6nacTi, HaM6inbmoro -niBHiHHi Ta cxigHi paMoHH.
• CepegHiM noKa3HHK nepiogHHHocri onagiB craHoBHTb 51,8 %, noKa3HHK MiHnHBocri 50,9 -51,6, noKa3HHK 3Bono^eHHa 25,6, ociHHiM noKa3-hhk aKyMyna^i' craHoBHTb 54,6, 3hmobhm - 33,2.
• PiHHa KinbKicTb gHiB 3 onagaMH 3ane^HTb Big reorpa^iHHoi mupoTH i penbe^y Ta oporpa^ii мicцeвocтi M 3MiHroeTbca Big 115 gHiB y niBgeH-hhx paMoHax go 132 y niBHiHHHx.
• PiHHa TpuBanicTb onagiB 36inbmyeTbca 3 niBgeHHoro 3axogy Ha niBHiHHuM cxig i cxig Big 713 go 782 roguH.
• Y XXI croniTri 3pocna KinbKicTb 6e3go-^obhx nepiogiB go 2 - 4 3a piK, a TaKo^ 36inbmu-nocb Hucno gHiB i3 rpagoM go 2 - 3 Ha piK. HaM6i-nbma KinbKicTb gHiB i3 BHnagaHHaM cHiry npuna-gae Ha ciHeHb i nroTuM: 9, 4 i 8, 3 gHa BignoBigHo. Y Ti ^ мicaцi cnocrepiraroTbca 1 - 2 gHi i3 3aMeTi-naMH 3 BHnagaHHaM cHiry.
• 3rigHo 3 pe3ynbTaTaMH MogenroBaHHa cToKy cxuny 3'acoBaHo, ^o b Me^ax TepuTopii 6aceM-Hy p.CaMapa Mae мicцe TpaHc^opMa^a cToKy pi3-hoI' cnpaMoBaHocTi. 36inbmeHHa noKa3HHKiB cToKy y 6inbmocri BHnagKiB cnocTepiraeTbca b Me^ax nonorux ginaHoK noBepxHi 6aceMHy. TaKi 3ohh Hane^aTb go: rupnoBoi ginaHKH, cepegHboi' i Hacr-kobo BepxHboi' TeHii' p. CaMapa, cxigHoi' i niBgeH-Ho-cxigHoi' HacTHHH 6aceMHy piHKH.
• 3'acoBaHo, ^o ochobhhM hhhhhk, Big aKo-ro 3ane^HTb 36inbmeHHa a6o 3MeHmeHHa po3pa-xoBaHHx noKa3HHKiB cToKy - цe pocnHHHHM noKpuB cinbcbKorocnogapcbKHx yrigb. ^ noB'a3aHo 3 BapiaTHBHicTro npocTopoBoi' gHHaMiKH po3BHTKy pocnHHHoro noKpuBy BnpogoB^ BereTa^MHoro nepiogy. TaK, 3a BecHaHuM ce3oH 3a BnnHBy aH-TponoreHHHx hhhhhmb y rigporpa^iHHy Mepe^y HagxogHTHMe 6inbme cToKy 3i cxuniB, h™ y pa3i 3MogenboBaHHx npupogHHx yMoB. Ha noHaTKy ni-THboro ce3oHy cmya^a ge^o BupiBHroeTbca, ^o noB'a3aHo 3i cniBcTaBHicTro noKa3HHKiB po3BHTKy pocnHHHocri 3a peanbHHx i 3MogenboBaHHx npu-pogHHx yMoB. nig кiнeцb niTHboro ce3oHy 3a yHa-cTi aHTponoreHHHx hhhhhmb ^opMyeTbca 6inb-
ший об'ем стоку, нiж за змодельованих природних умов.
• З урахуванням виявлених особливостей можна дшти висновку, що вплив piзнопланових антропогенних чинниюв (зокрема, розоранють територи) на формування паводкового схилового стоку р. Самара е ствставним, а в деяких ви-падках -переважаючим фактором, з тенденцш-ними змшами опадоформування.
Б1бл1ограф1чн1 посилання
Babychenko, V. N. (1982 ). Klymat Dnepropetrovska [The climate of the Dnipropetrovsk]. L.: Gydrometyzdat (in R^sian), 342. Cannata, M. A. (2003). GIS embedded approach for Free & Open Sornce Hydrological Modelling. Milano.
Chaplot, V. A. (2003). Yves Le Bissonnais Runoff Featares for Interrill Erosion at Different Rainfall Intensities, Slope Lengths, and Gradients in an Agi-i^ltaTal Loessial Hillslope.
Soil Science Society of America Journal , 844851.
Horb, A. S. (2006). Osoblyvosti i zminy rezhymu atmosfernykh opadiv na Dnipropetrovshchyni [Features and changes of the regime of atmospheric precipitation in the Dnipropetrovsk region]. Visnyk Dnipropetrovs'koho
universytetu, ser. «Heolohiya. Heohrafiya, 8587.
Horb, A. S., & Duk, N. M. (2006). Klimat Dnipropetrovs'koyi oblasti [The climate of the Dnipropetrovsk region]. D.: Vydavnytstvo DNU (in Ukrainian). Hromov, S. P., & Mamontova, L. Y. (1974). Meteorology' chesky'j slovar' [Meteorological dictionary]. L.: Gy'dromety'zdat (in Russian). Hromov, S. P., & Petrosyancz, L. M. (1994). Meteorology'ya y' kly'matology'ya [Meteorology and Climatology]. M.: MGU (in Russian).
Lipins'kyy, V. M., Dyachuk, V. A., Babichenko, V. M., Bondarenko, Z. S., & Rudishyna, S. F. (2003. ). Klimat Ukrayiny [The climate of Ukraine]. K.: Vyd-vo Rayevs'koho (in Ukrainian). Mitasova, H., Mitas, L., & Brown, W. M. (2001, September). Multiscale Simulation of Land Use Impact on Soil Erosion and Deposition Patterns. Sustaining the Global Farm, 1163-1169. Retrieved from http://www2.gis.uiuc.edu. Molchanov, A. A. (1960). Gidrologicheskaya rol lesa [Hydrological role of forest]. M. : AN SSSR (in Russian).
Nazarov, G. V. (1981). Gidrologicheskaya rol pochvyi [Hydrological role of soil]. L.: Nauka (in Russian).
