Затоки, рукава, стариці та заплавні водойми Дніпра в районі Києва, які умовно можна назвати його придатковою мережею, є складовою частиною всієї екосистеми річки. Оскільки вони широко використовуються населенням міста як об‘єкти рекреації, аматорського рибальства, промислового та господарсько-питного водопостачання, для них має значення оцінка якості води.

Стан цих водних об'єктів і процеси формування якості води в кожному з них мають специфічні особливості, обумовлені типом їхніх екосистем, і залежать від режиму роботи Київської ГЕС. Завдяки коливанням рівня води, обумовленим нерівномірними попусками, основне русло тут активно обмінюється водою з затоками.

Для кількісної оцінки процесу формування якості води заток Дніпра нами прийнято за інтегральний показник, як то пропонується в роботах (Оксіюк, Стольберг, 1986; Романенко и др., 1990), вміст розчиненого в воді кисню. Відомо, що дефіцит цього газу негативно позначається на інтенсивності процесів самоочищення водойм та водотоків. Особливо важливо це в умовах постійного антропогенного навантаження, що в значній мірі притаманно практично всім елементам придаткової мережі Дніпра в районі м. Києва.

Матеріали епізодичних натурних досліджень свідчать про те, що в окремі періоди (частіше взимку та влітку) вміст кисню в воді заток Дніпра може істотно знижуватися. Отже, в зв‘язку з відсутністю постійних спостережень за якістю води в затоках, в тому числі за вмістом в них розчиненого кисню, виникла необхідність в розробці способу розрахунку цього показника.

Для побудови розрахункової моделі ми використали, аналогічно авторам роботи (Оксиюк, Тимченко, Давыдов и др. 1999), балансовий метод. Прибутковими складовими балансу кисню в затоках Дніпра є надходження його в воду за рахунок фотосинтетичної і атмосферної аерації та з водою основного русла. До витратної частини балансу належать: витрати кисню на деструкцію органічної речовини, хімічне окислення органічних і неорганічних сполук, та відтік його з водою в основне русло. Таким чином, враховуючи перелічені елементи кисневого балансу, можна побудувати модель для кількісного визначення концентрації у воді розчиненого кисню на заданий момент (Сn):

. (1)

В наведеній формулі:

n - кількість розрахункових одиниць часу (розрахунковий період), діб;

C0 - концентрація кисню на початку розрахункового періоду (початкова), мг О2 дм-3;

A - надходження кисню в воду протягом розрахункової одиниці часу за рахунок фотосинтетичної аерації - визначається за формулою (Оксиюк, Стольберг, 1986):

, мг О2 дм-3 доба-1; (2)

де а - продукційна здатність водоростей, О2 дм-3 доба-1, Вwp - їх біомаса, мг;

R - деструкція органічної речовини, що розраховується за формулою:

, мг О2 дм-3 доба-1; (3)

де: r - питоме дихання гідробіонтів, Bhb - їх біомаса, k - коефіцієнт бактеріальної деструкції, БСКпов - повне біохімічне споживання кисню;

G - витрати кисню на хімічне окислення речовин - визначається натурними дослідженнями, мг О2 дм-3 доба-1;

At - атмосферна аерація води, яка розраховується за формулою (Оксиюк и др., 2000):

, мг О2 дм-3 доба-1; (4)

де C0 - концентрація насичення води киснем при її наявній температурі, k2 - коефіцієнт атмосферної аерації, τ - тривалість аерації.

Складові балансу кисню у воді затоки А,R,G і At схожі тим, що залежать від гідрометеорологічних, гідрохімічних і гідробіологічних характеристик самої затоки. Для одержання уявлення про ці складові балансу необхідно в натурних умовах визначити в кожному окремому випадку ті аргументи, які входять в складову формул (2-4). Це предмет типових гідроекологічних досліджень. Взагалі, можна такими дослідженнями встановити закономірності динаміки вказаних складових в часі і тоді для окремих періодів (сезонів) можна використовувати в моделі середні чи вірогідні значення А,R,G і At.

Значний інтерес представляє складова кисневого балансу, що обумовлена водообміном між основним руслом і затокою (Т). Рівняння для визначення зміни за одиницю часу концентрації кисню в протоці за рахунок водообміну з основним руслом досить просте:

; (5)

В ньому: W - величина притоку-відтоку води, м3∙доба-1; V - об‘єм затоки, м3; Сp,n-1, Сn-1 - концентрація кисню в воді, що знаходилась в попередню добу, відповідно, в руслі та затоці, мг О2 дм-3.

Кількість води, що надходила і витікала із затоки за добу (W), можна визначити відношенням:

; (6)

де: ; F - площа затоки, м2; H - величини підйому рівня води в затоці, м; постійний множник означає, що за добу відбувається два попуски.

В зв‘язку з тим, що тривалість попускових хвиль достатня для підйому рівня води в затоках до позначки його в руслі під час кожного попуску, що доведено натурними дослідженнями (Тимченко, Дубняк, 2000), амплітуда коливання (підйому) рівня в будь-якому місці Київської ділянки Дніпра (HL), може визначатися рівнянням:

, (7)де HГЕС - величина підйому рівня води при попуску в нижньому б‘єфі Київської ГЕС, м; L - відстань від ГЕС до заданого створу, км; е - основа натурального логарифму.

Таким чином, водообмін затоки з руслом і, як слідство, вклад цього водообміну в баланс кисню в воді затоки залежать від попусків ГЕС, тобто можуть регулюватися штучно.

Розглянемо таку можливість на прикладі затоки Десенка - старого рукава р. Десни, котрий на початку століття був штучно відокремлений від неї. Зараз Десенка з‘єднана з Дніпром на 20 км від греблі ГЕС і має довжину 12,1 км, площу - 4,89 км2, середню глибину - 4,66 м, об‘єм -24,7 млн. м3. Освоюється в зв‘язку з будівництвом житлового масиву Троєщина і піддається інтенсивному антропогенному навантаженню як рекреаційний об‘єкт.

Згідно рівнянню (7), амплітуда коливання рівня води в місці, де починається затока складає 55% від амплітуди в нижньому б‘єфі Київської ГЕС. При найбільш можливому підйому рівня води біля ГЕС за цикл 1,45м (що зумовлено вимогами діючих Правил експлуатації дніпровських ГЕС), в Дніпрі біля затоки і в самій затоці вода підіймається до 0,8 м. При цьому за кожний цикл попуску з основного русла в затоку притікає приблизно 3,91 млн. м3 води; за добу - 7,82 млн. м3.

В літній період в руслі Дніпра в районі м. Києва насичення води киснем нестабільне. Нерідко воно складає 3,3-5,8 мг О2 дм-3 (Оксиюк и др., 1999). В цей час вміст кисню в воді Десенки дещо вищій, внаслідок фотосинтетичної аерації вищої водяної рослинності та фітопланктону. Отож, якщо прийняти Сp,n-1 = 4 мг О2 дм-3, а Сn-1 = 7 мг О2 дм-3, то тільки за рахунок водообміну з руслом за добу концентрація кисню у воді затоки повинна зменшитися на 0,95 мг О2 дм-3.

Якщо ГЕС працює в режимі з меншими коливаннями рівня води в нижньому б‘єфі, негативний вплив руслової води на кисневий режим затоки слабкіший. При таких же значеннях вихідної концентрації кисню в воді русла і затоки (Сp,n-1, Сn-1), але при попусках ГЕС з коливаннями в нижньому б‘єфі 0,9 м (HL = 0,5 м, W = 4,89 млн. м3), річкова вода здатна зменшити концентрацію кисню затоці Десенка лише на 0,59 мг О2 дм-3 за добу.

В періоди, коли в затоці вода має меншу концентрацію кисню ніж в руслі, попусками можна покращити кисневий режим затоки. Так при Сp,n-1 = 8 мг О2 дм-3, Сn-1 = 6 мг О2 дм-3 та HГЕС = 0,8 м добова надбавка до вмісту кисню в затоці складає 0,35 мг О2 дм-3. При тих же вихідних концентраціях Сp,n-1 та Сn-1 попуски ГЕС з підйомами рівня води в нижньому б‘єфі до 1,2 м приводять до збільшення добавки концентрації кисню в воді затоки за рахунок водообміну з руслом до 0,52 мг О2 дм-3.

Таким чином, є можливість не тільки оцінити процес формування вмісту кисню в воді придаткової мережі Дніпра в районі м. Києва, але й в значній мірі впливати на нього.

Список літератури

1. Оксиюк О.П., Стольберг Ф.В. Управление качеством воды в каналах. - Киев: Наук. думка, 1986. -178с. 2. Оксиюк О.П., Тимченко В.М., Давыдов О.А. и др. Состояние экосистемы Киевского участка Каневского водохранилища и пути его регулирования. - Киев: Ин-т. гидробиологии НАНУ, 1999. - 60с. 3. Оксиюк О.П., Тимченко В.М., Якушин В.М. и др. Прогнозирование и пути улучшения кислородного режима Киевского водохранилища в зимний период. - Киев: Ин-т. гидробиологии НАНУ, 2000. - 44с. 4. Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н. и др. Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. - Киев: Наук. думка, 1990. - 256с. 5. Тимченко В.М., Дубняк С.С. Экологические аспекты водного режима Киевского участка Каневского водохранилища // Гидробиол. журн. -2000. - Т.36, №3. - С.57-67.