Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Гидрология городов и урбанизированных территорий 10
1.1 Современные представления о городе и городской среде 10
1.2 Состояние проблемы изученности водных объектов городов и урбанизированных территорий 14
1.3 Изученность водных объектов Великого Новгорода 20
Глава 2. Природные условия Великого Новгорода 40
2.1 Особенности геологического строения и рельефа 41
2.2 Климатические условия 47
2.3 Поверхностные и подземные воды 57
2.4 Современный гидрологический режим р. Волхов в пределах городской территории Великого Новгорода 69
2.5 Почвенно-растительный покров 80
Глава 3. Динамика гидрографической сети Ильмень-Волховского бассейна 88
3.1 Информационно-методическая база исследования 88
3.2 Развитие гидрографической сети под влиянием естественных факторов 93
Глава 4. Современное состояние водных объектов Великого Новгорода 126
4.1 Методика гидрохимических исследований поверхностных водных объектов 126
4.2 Результаты гидрохимических исследований 130
4.3 Методика и результаты оценки современного состояния водных объектов города 133
Заключение 155
Список литературы 158
Приложение 1. Планы г. Новгорода 189
Приложение 2. План окрестностей Новгорода в обработке Н.Н. Муравьева 194
Приложение 3. Основные морфометрические характеристики водных объектов Великого Новгорода 195
Приложение 4. Ежегодные таблицы уровней воды на р. Волхов (гидропост г. Великий Новгород) 196
Приложение 5. Гидрографы р. Волхов за 1996-1999 гг 206
Приложение 6. Характеристика «исчезнувших» водных объектов и изменения гидрографической сети г. Великого Новгорода 207
Приложение 7. Карта правового зонирования г. Великого Новгорода. 209
- Состояние проблемы изученности водных объектов городов и урбанизированных территорий
- Поверхностные и подземные воды
- Информационно-методическая база исследования
- Методика и результаты оценки современного состояния водных объектов города
Введение к работе
Актуальность темы. Изучение особенностей формирования и трансформации во времени и пространстве гидрографической сети, обусловленных природными и антропогенными факторами, является одним из актуальных направлений эволюционной географии. Человек создал экосистему «город», в соответствии со своими потребностями. Местность, выбранная для строительства города, значительно изменяется по мере ее освоения. По мере развития городской территории происходит изменение всех компонентов естественного ландшафта, в том числе гидрографической сети: ее структуры, морфометрических характеристик водоемов, их уровенного режима, условий проточности, гидрохимического состава и пр. Изменения гидрографической сети, направленные на повышение комфортности и безопасности проживания, часто сопровождаются негативными последствиями. Особенно наглядно это прослеживается в древних городах, в том числе в Великом Новгороде.
Великий Новгород, возникший в истоке р. Волхов в 859 году, как торговый, культурный и духовный центр древней Руси, известен своим уникальным природно-архитектурным ансамблем, являющимся объектом внутреннего и международного туризма. Здесь впервые в России появились техногенные гидрологические объекты, в виде водопроводной и канализационной сети.
Современная гидрографическая сеть города во многом складывалась стихийно, отсюда еще одной важной проблемой является научное обоснование проектов организации городской территории и рационального использования водных объектов. Это требует знания особенностей формирования и развития городской гидрографической сети под влиянием комплекса факторов во времени и пространстве. Подобные исследования в Великом Новгороде ранее не проводились.
Цель работы - выявить особенности формирования и развития водных объектов Великого Новгорода под влиянием естественных и антропогенных факторов и оценить их современное состояние.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
рассмотреть факторы формирования гидрографической сети Великого Новгорода;
проанализировать историю формирования гидрографической сети Ильмень-Волховского бассейна под влиянием естественных факторов;
проследить трансформацию гидрографической сети и выделить этапы ее развития под влиянием антропогенных факторов;
выполнить гидрохимический анализ и охарактеризовать общее современное состояние городских водных объектов Великого Новгорода.
Объект изучения - водные объекты Великого Новгорода.
Предмет исследования - пространственно-временная динамика природной и антропогенной трансформации гидросети Великого Новгорода и ее современное состояние.
Материалы и методика исследования. Теоретической и методологической основой исследования послужили работы отечественных исследователей: Е.Н. Былинского, В.А. Власова, О.В. Глебовой, В.В. Дмитриева, B.C. Жекулина, Д.Д. Квасова, В.В. Куприянова, Ф.В. Котлова, Э.А. Лихачевой, Д.Б. Малаховского, Н.Н. Соколова, Д.А. Субетто, А.А. Суздалевой, Г.Т. Фрумина, Ю.Г. Чендева, А.В. Чернова и др.
Диссертационное исследование основано на методах географических исследований: сравнительно-картографическом, сравнительно-географическом, историко-географическом и математико-статистическом.
Исходными данными послужили результаты исследований, проведенных автором в течение 2006-2011 гг. В полевой период были выполнены описания водных объектов и произведен отбор проб воды. Достоверность полученных результатов обусловлена использованием стандартных методик отбора, обработки и анализа проб, выполненных на базе лаборатории Государственного учреждения «Новгородский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ГУ НЦГМС). В процессе анализа и систематизации научных данных использовались разнообразные литературные источники, картографические, статистические и фондовые материалы.
Научная новизна:
впервые прослежена поэтапная трансформация гидрографической сети городской территории Великого Новгорода под влиянием природных и антропогенных факторов;
выполнена комплексная оценка современного состояния водных объектов Великого Новгорода;
получены значения удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) и выявлены особенности его пространственной дифференциации.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Сформировавшаяся в доледниковое время гидрографическая сеть на территории современного Великого Новгорода в послеледниковье была значительно перестроена под влиянием естественных факторов.
-
На историческом этапе при ведущей роли антропогенного фактора развитие гидрографической сети частично носило унаследованный характер. Авторские картосхемы для X, XII, XIV, начала XIX, начала и конца XX вв. отражают динамику развития гидрографической сети Великого Новгорода.
-
По значению УКИЗВ водные объекты города в основном характеризуются как загрязненные (3 класс разряд «а»); очень загрязненные (3 класс разряд «б») приурочены к центральной части города, вследствие создания искусственного водосборного бассейна.
-
Общее современное состояние водных объектов Великого Новгорода характеризуется как средне напряженное.
Теоретическое значение диссертационного исследования заключается в уточнении особенностей формирования и развития гидрографической сети в гляциальной зоне под воздействием природных и антропогенных факторов и в
дальнейшей разработке теоретических и методологических основ мониторинга и управления развитием городских геосистем. Предложена периодизация эволюции гидрографической сети Великого Новгорода под воздействием природных и антропогенных факторов.
Практическое значение работы. Полученная в ходе диссертационного исследования информация применяется в основной деятельности отделом водных ресурсов Невско-Ладожского бассейнового водного управления по Новгородской области (акт о внедрении от 24.08.2012). Эта информация позволила повысить качество оказываемых государственных услуг при предоставлении информации о водных объектах Великого Новгорода, при принятии управленческих решений по их охране и восстановлению. Результаты гидрохимических исследований и материалы по оценке водных объектов Великого Новгорода используются в работе Государственного Учреждения Новгородский областной Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (акт о внедрении от 11.04.2012). Результаты работы также использованы в учебном процессе в Новгородском государственном университете им. Ярослава Мудрого при разработке рабочих программ и лекционных курсов по дисциплинам «Гидрология», «Эко лого-географические проблемы организма города», что документально подтверждено актами внедрения (справка о внедрении от 16.04.2012).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международной конференции «Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон» (Санкт-Петербург, 2006, 2009); на международной конференции «Геология, геоэкология, эволюционная география» (Санкт-Петербург, 2008, 2009); на III международной научно-практической конференции «Эколого-географические исследования в речных бассейнах» (Воронеж, 2009); на международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие и геоэкологические проблемы Балтийского региона» (Великий Новгород, 2009); на международной научно-практической конференции «Историко-культурный и экономический потенциал России: наследие и современность» (Великий Новгород, 2010, 2011); на ежегодной международной научно-практической конференции Герценовские чтения «География: проблемы науки и образования» (Санкт-Петербург, 2010, 2011); на международной конференции «Геоэкологические проблемы современности» (Владимир, 2010); на IV международной научной конференции «Глобальные и региональные проблемы исторической географии» (Санкт-Петербург, 2011); на международной научной конференции «География, геоэкология, геология: опыт научных исследований» (Днепропетровск, 2011); на международной конференции «Геология в школе и вузе: геология и цивилизация» (Санкт-Петербург, 2011).
По теме диссертационного исследования выполнены два научно-исследовательских проекта. Один поддержан грантом для молодых ученых Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого «Водные объекты как индикаторы общей экологической обстановки городов» (2010).
Другой проект «Изучение формирования современной гидрографической сети Великого Новгорода» (2010) реализован в рамках конкурса молодых исследователей Новгородской области.
Личный вклад автора заключается в формулировании темы, цели, задач и выводов исследования; сборе, обработке и анализе материалов Государственного архива Новгородской области (ГАНО); в организации, проведении полевых исследований на водных объектах Великого Новгорода и анализе их результатов. Автором выделены этапы антропогенной трансформации гидрографической сети Великого Новгорода и составлены картосхемы для каждого из них. Выполнена оценка современного состояния водных объектов Великого Новгорода.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, из них - 2 в изданиях рекомендованных ВАК, 6 - в монографиях и научных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (286 наименований, из них 39 - материалы ГАНО, служебные материалы и руководящие документы) и приложений. Объем рукописи - 188 страниц, в том числе 32 рисунка (включая фотографии) и 20 таблиц.
Состояние проблемы изученности водных объектов городов и урбанизированных территорий
Современные исследования в области гидрологии суши относятся к развитию новой отрасли - гидрология городов и урбанизированных территорий. Впервые сформулировал основные проблемы гидрологии урбанизированных территорий как самостоятельной ветви гидрологии суши В.В. Куприянов (Куприянов, 1979). В своей работе В.В. Куприянов рассматривает гидрологические аспекты урбанизации в единстве ландшафтных преобразований и систем водопользования применительно к гидрологии городов и зон их влияния на водные ресурсы, режим и качество вод. Научный и практический интерес представляет рассмотрение проблемы с двух сторон: 1) гидрология собственно урбанизированных территорий (гидрология города - в более узком понятии); 2) влияние урбанизации на водные ресурсы, режим и качество вод окружающей среды. Основные проблемы, решаемые новым направлением: изменения влагооборота и климата в результате урбанизации; особенности формирования стока на урбанизированных территориях; расчет водного баланса городов в зависимости от системы водопользования; эрозия, сток наносов и русловые процессы на урбанизированных территориях; изменение качества природных вод на урбанизированных территориях.
Понятие урбанизированной территории как классификационной единицы является условным и включает в себя ряд ландшафтов: городских, промышленных, транспортных, пригородных зон, городов-спутников и т.д. Гидрологические особенности урбанизированной территории определяются следующими чертами:
1. Во влагооборот на урбанизированной территории вовлекаются огромные массы воды, часто перебрасываемые из-за пределов местного водосбора или забираемые из не дренируемых рекой подземных вод. Таким образом, в формировании гидрологического режима города участвуют не только «свой» водосборный бассейн, но и территории с другими природными и антропогенными характеристиками.
2. Поверхность подвергается коренным преобразованиям, и создаются дренажно-канализационные системы, что определяет новые условия формирования стока и его режима.
3. Вследствие нарушений естественного теплового режима и загрязнения воздушного бассейна изменяется режим осадков и испарения.
4. В результате наличия больших водонепроницаемых площадей и интенсивного водозабора подземных вод нарушается естественная связь между поверхностными и подземными водами.
5. Сосредоточенный сброс осуществляется в водоприемники неочищенных или частично очищенных вод.
6. Создание нового антропогенного ландшафта с городской застройкой, преобразованными и вновь созданными водными объектами, сопутствующими пригородными комплексами и зонами отдыха.
Все изменения, в первую очередь, определяются площадью урбанизированной территории, числом жителей, промышленным потенциалом, объемом водопотребления и системой водопользования.
В настоящее время гидрология городов и урбанизированных территорий как предмет научного изучения активно развивается многими ведущими учеными. Вопросом геохимического изучения и оценки состояния водных объектов на территории городов - Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Нижнего Новгорода, Воронежа - посвящено большое количество научных работ (Пальгунов, 1997; Орлов, 1998; Глебова, 2000; Дмитриев, 2005; Жаворонкова, 2006; Щербина, 2006; Власов, 2007; Пасечник, 2010; и др.). Исследование О. С. Решетняк раскрывает вопросы антропогенной трансформации степени загрязненности и компонентного состава водной среды (Решетняк, 2010). Одна часть исследований посвящена проблеме влияния урбанизированных территорий на водные объекты (Прожорина, 2006; Борзенков, 2007; Жижимова, 2009; и др.), другая - вопросам антропогенного воздействия на водные объекты (Фащевская, 2006; Цельмович, 2006; и др.).
Классификация рекреационной значимости водных объектов, предложенная А.А. Суздалевой (Суздалева, 2005), применима ко всем городским водным объектам вне зависимости от их происхождения. В данной классификации экологическое и санитарно-гигиеническое состояние учитывается косвенно: «Водоемы, находящиеся в плохом экологическом состоянии или не отвечающие санитарно-гигиеническим нормам, не могут обладать высокой рекреационной значимостью» (Волшаник, 2008. С. 63). На основании рекреационной значимости выделены 7 типов водных объектов: полностью утраченные, временно утраченные, фрагментарно сохранившиеся, рекреационно-незначимые, рекреационно-малозначимые, рекреационно-значимые и исторически ценные водные объекты.
В работе «Классификация городских водных объектов» собраны разнообразные классификации, применимые для городских водных объектов (Волшаник, 2008).
Выполнен ряд обследований водных объектов Санкт-Петербурга, где оценено их состояние, изучено загрязнение рек Санкт-Петеребурга биогенными веществами (Гутниченко, 2002; Торнев, 2006; Шелутко, Торопова, 2006), дана оценка экстремальных уровней химического загрязнения речной сети (Шелутко, 2002), проанализирован сток тяжелых металлов рек города (Шелутко, Колесникова, 2006), рассмотрены особенности распределения содержания тяжелых металлов в донных отложения малых водотоков Санкт-Петербурга (Тимиргалеев, 2008) и др.
Проводены химические и микробиологические исследования состава вод ручьев г. Томска (Кузеванов, 2005), на основании которых дана сравнительная оценка локальных бассейнов по условиям и степени техногенного загрязнения.
В.А. Власовым разработана организационно-технологическая система приемов, направленных на улучшение состояния городских водных объектов (Власов, 2009). Водотоки и водоемы в пределах урбанизированных территорий испытывают постоянное мощное негативное воздействие. Многие городские реки и пруды находятся в таком состоянии, что одни только природоохранные меры не могут дать желаемого эффекта. Поэтому для сохранения и восстановления малых водных объектов необходимо комплексное решение экологических и инженерно-мелиоративных задач.
Н.А. Озерова в своей работе проводит периодизацию изучения гидрографической сети бассейна р. Москвы, основанную на внедрении научных методов исследований, систематичности наблюдений, комплексности в изучении объектов гидрографической сети, обусловленности проводимых исследований решением практических задач использования рек и озер в хозяйстве на разных этапах (Озерова, 2010). Автор выделяет 4 этапа изучения гидрографической сети бассейна р. Москвы и дает их подробную характеристику. Ею использованы не только опубликованные материалы, но введены в научный оборот новые документальные источники. В приложении даны сведения о времени засыпки и канализировании некоторых рек бассейна р. Москва, также выполнена карта «Гидрографическая сеть г. Москвы», на которой цветом показаны канализированные и засыпанные реки и ручьи (Озерова, 2010, С. 187).
Анализ изменений гидрографической сети под воздействием антропогенной деятельности был выполнен в работах Ф.В. Котлова (Котлов, 1961), Л.С. Косовой (Косова, 1990), Ю.А. Насимовича (Насимович, 1998), Ю.Г. Чендева (Чендев, 2003), А.А. Базелюка (Базелюк, 2007).
Ф.В. Котлов рассматривает деятельность человека, с появления первых поселений людей, как один из основных факторов формировавших рельеф и гидрографическую сеть территорий. В результате хозяйственной и строительной деятельности человек в значительной степени изменил естественное состояние рельефа и гидрографической сети. В работе выделены два вида воздействий человека на рельеф: прямые (непосредственные) и косвенные (Котлов, 1961). «...За 800 с лишним лет исчезло с лика московской земли несколько сот когда-то существовавших речек, ручьев, крупных и мелких оврагов»; и глубину засыпанных речных долин (Котлов, 1961. С. 143).
Оценку сохранившихся малых рек на территории г. Москвы в пределах МКАД к 1996 г. дает Ю.А. Насимович: «Из имевшихся 115-140 рек к настоящему времени полностью или частично уцелели около 70, то есть чуть больше половины. Правда, с учетом длины сохранившихся участков, уцелела не половина, а только треть или даже четверть имевшихся малых рек» (Насимович, 1998).
Л.С. Косовой было проведено исследование изменений гидрографической сети в черте г. Томска (Косова, 1990).
Анализ изменения гидрографической сети за историческое время проведен в Белгородской области (Чендев, 2003). В работе впервые рассчитана длина и густота речной сети на территории Белгородской области по состоянию на конец XVII в., благодаря изучению фондовых рукописных и картографических материалов, ранее не упоминавшихся в литературе. Установлена причина деградации речной сети Белгородской области -антропогенные нарушения естественного растительного покрова, прежде всего уничтожение лесов.
Поверхностные и подземные воды
Поверхностные воды. Современная гидрографическая сеть Великого Новгорода включает в себя 23 водных объекта: 13 рек, ручьев и проток, 1 озеро, 7 прудов и 2 канала. Общая протяженность существующих в черте города водотоков составляет 190,17 км (длина р. Волхов принята равной длине водотока в пределах городской территории Великого Новгорода - 23 км). Также к водным объектам города можно отнести болота и заболоченные территории, осушительные канавы, рвы и карьеры. На территории Великого Новгорода расположены водосборные бассейны рек Волхов, Веряжа и их притоков (рис. 2.6).
Город характеризуется благоприятными условиями стока, он относится к зоне избыточного увлажнения, которое определяется значительным превышением годовой суммы атмосферных осадков (650 мм) над величиной испарения (400 мм). Разность 250 мм год образует речной и подземный сток с территории, который питает реки, озера, пруды и болота.
Территория города лежит в пределах Ильмень-Волховского бассейна, общей площадью 80230 км , при этом на водосборный бассейн собственно р. Волхов приходится только 16%. В его пределах выделяются местные водосборы. Водоразделы между бассейнами выражены не четко.
Реки Великого Новгорода имеют небольшое падение (0,01-0,02 м на 1 км) и медленное течение воды. Уклоны рек тоже небольшие, преобладают от 0,0005 до 0,002. Долины рек имеют неглубокий врез, например р. Волхов, (одна из крупнейших рек на Северо-Западе России) в районе Великого Новгорода имеет долину шириной 4 км с глубиной вреза всего 5-6 м
Для рек характерен слабо выработанный продольный профиль с одной или двумя надпойменными террасами, иногда только с одной поймой. Все это свидетельствует о молодости гидрографической сети. Обычно поймы рек имеют небольшую ширину, поверхность пойм нередко изрезана старицами, озерками, протоками, местами заболочена.
Реки обычно берут начало в озерах и болотах. В верхнем течении реки протекают по ровным, часто заболоченным участкам. Здесь они имеют неглубоко врезанную долину, низкие заболоченные берега, узкое извилистое русло, небольшую глубину и медленное течение. В среднем течение рек чаще всего преобладает глубинная эрозия, поэтому долины становятся узкими и имеют ящикообразную либо каньонообразную форму, склоны долин становятся крутыми, часто обрывистыми. Участки нижнего течения характеризуются небольшим падением (0,01-0,02 м/км), слабым течением. Здесь они имеют широкие долины и значительную глубину. Реки, впадающие в оз. Ильмень, имеют довольно обширные дельты, в том числе р. Веряжа.
Средняя глубина городских рек невелика, например, для р. Волхова она составляет - 2,5 м. Реки имеют мало- и средне-извилистое русло. Длина р. Волхов лишь на 17% превышает длину по прямой линии, проведенной от истока до места впадения в Ладожское озеро.
В черте города р. Волхов имеет значительную ширину русла до 215 м. Остальные городские водотоки имеют небольшую ширину до 10 м. Ширина пойм составляет несколько десятков реже сотни метров, при глубине вреза от 3 до 5 м.
Характеристика городских водных объектов. Основные морфометрические характеристики водных объектов Великого Новгорода представлены в ПРИЛОЖЕНИИ 3.
Волхов - самая крупная река Великого Новгорода. Она берет начало из оз. Ильмень и впадает в Волховскую губу в южной части оз. Ладожского. Исток р. Волхов прорезает низкие террасы оз. Ильмень (Давыдов, 1955). Исток имеет воронкообразную форму, широкий конец обращен к озеру, а узкий расположен около Юрьевского монастыря.
Великий Новгород располагается рядом с истоком р. Волхов, на протяжении первых 23-х км река протекает в границах города. Ширина русла в истоке Волхова - 850 м. На протяжении первых 4 км уменьшается до 215 м, в пределах города ширина реки в межень около 200 м.
Река Волхов в истоке образует сеть протоков, которые придают ему вид дельты. На 214-ом км от устья Волхова от реки отделяется протока р. Малый Волховец. В конце первого километра Малый Волховец распадается на два рукава - Левошню и Правошню. Малый Волховец делает дугу и сливается с главной артерией на 23 км. Общая длина р. Малый Волховец 18 км. На 13 км Малый Волховец принимает с правого берега свой основной приток - р. Вишера. В 4,5 км от устья с левого берега р. Вишера начинается Вишерский канал, который соединяет р. Волхов с р. Метой. Малый Волховец близ города ежегодно затапливается горизонтами оз. Ильмень и р. Волхов, так как находится в прибрежной полосе Волхова и поймы Ильменя.
Волхов является единственной рекой, переносящей огромные водные запасы оз. Ильмень, площадь бассейна которого в 5,3 раза превышает по площади бассейна реки.
Общее падение Волхова составляет 13 м (Сидоренко, 1971), средний уклон 0,058%о, в верховьях реки падение ничтожно мало и составляет 0,01 м/км.
На всем своем протяжении р. Волхов имеет мало извилистое русло. Длина реки лишь на 17% превышает длину по прямой линии, проведенной от истока до места впадения в Ладожское озеро.
Скорость течения Волхова благодаря небольшим уклонам и малоизменяющейся форме русла невелика и незначительно изменяется по длине реки. Скорость течения р. Волхов меняется при различных уровнях воды в реке. Средняя скорость течения изменяется от 0,73 м3/с при высоких уровнях воды до 0,04 м3/с при низких уровнях воды. Средняя скорость течения Волхова у Великого Новгорода около 0,38 м /с (Справочник..., 1952).
Средние глубины Волхова около - 2,5 м, однако имеются места до 17 м (Грахов, 1980). Данные наблюдений показывают, что за период с 1923 по 1994 гг. русло Волхова в его истоке заносилось осадками и речным мусором, поэтому его глубины уменьшились в среднем на 0,5-1,0 м (Вершинин, 2006).
Глубина долины р. Волхов всего 5-6 м. Высота склонов долины колеблется от 17 до 40 м абс, а к оз. Ладожскому понижается до 5,5 м абс. при среднем уровне оз. Ильмень 18,14 м абс. и оз. Ладожского 5,14 м абс. (Справочник..., 1952).
Среднегодовой расход Волхова в устье составляет 580 м3/с, что соответствует годовому слою стока в 227 мм, или модулю стока в 7,2 л/с км2. Максимальный весенний расход воды в 1922 г. составил у с. Завод (199 км от устья) 2530 м /с (Справочник ..., 1952).
В настоящее время в связи с уменьшением площади живого сечения русла реки на 300-600 м2, изменилась пропускная способность истока реки, расходы Волхова уменьшились на 100-200 м3/с (Вершинин, 2006).
В прибрежной полосе Волхова в пределах городской территории Великого Новгорода, В.Г. Федоровой обнаружено 16 видов водных растений, из них пять видов относятся к зоне прибрежных и надводных растений, два вида - к зоне растений с плавающими листьями и девять видов - к зоне погруженных растений (Федорова, 2007). Видовой состав растительности значительно богаче от Юрьева до Воскресенской слободы, по мере продвижения вниз по течению видовое разнообразие уменьшается и становится минимальным в центре города - это Софийская набережная и Набережная Александра Невского. В.Г. Федорова делает предположение, что это сильно влияет на видовой и численный состав водных беспозвоночных, так как для большинства из них растения играют важную роль. В дальнейшем это предположение находит подтверждение: всего в пределах городской территории Великого Новгорода в р. Волхов обнаружено 126 видов беспозвоночных животных, по 60 видов в районе Юрьева и Городище, 25 видов - вдоль Набережной Александра Невского и вдоль Софийской набережной - 28 видов (Федорова, 2007).
Волхов используется для судоходства на всем протяжении между оз. Ильмень и Ладогой. Для Великого Новгорода река является исключительным источником городского водоснабжения, она обеспечивает 99,6% от общей потребности города в воде (Мониторинг ..., 2001), поэтому особенно важно следить за состоянием качества воды в Волхове. Река Питьба - левый приток р. Волхов (211 км от устья). Ее нижнее течение находится на территории Великого Новгорода. Река имеет три правобережных притока: pp. Стипенка, Виточка и Пестова, а также ручьи. Общая длина р. Питьба с притоками составляет около 89 км, в том числе протяженность самой Питьбы - 37 км. Ширина реки колеблется от 2 до 40 м. Водосборная площадь 241 км (по данным государственного водного реестра). Река Питьба расположена параллельно долины Волхова и находится в 5 км к западу, но течет она в противоположном Волхову направлении, то есть с севера на юг.
Русло реки естественное, в нижнем течении долина реки трапециевидная, пойма ежегодно заливается паводковыми водами. Ширина поймы колеблется от 40 м в среднем течении до 280 м в нижнем течении реки. Пойма используется под сенокошение. Берега на всем протяжении реки пологие, в верхнем и среднем течении заросшие кустарником и мелколесьем, в нижнем течении незалесенные.
Питание реки смешанное, с преобладанием снегового.
Река Стипенка является правым притоком р. Питьбы, берет начало из болота, расположенного вблизи ОАО «Акрон». Общая протяженность реки составляет 9 км. Является естественным северным рубежом города.
Река протекает в высоких берегах, глубина вреза 4-5 м. Склоны пологие, умеренно крутые. Пойма реки двухсторонняя, шириной 50-100 м. Русло реки трапециевидной формы, шириной в устьевой части до 20-30 м, умеренно извилистое, зарастающее.
Информационно-методическая база исследования
Основными материалами для анализа пространственно-временной изменчивости водных объектов в пределах городской территории послужили:
материалы Государственного архива Новгородской области (ГАНО, Великий Новгород, фф. 93, 98, 104, 248, Р-248, Р-249, Р-822, Р-3798, Р-3686);
материалы библиотек: Российской государственной библиотеки (РГБ, Москва), Российской национальной библиотеки (РНБ, Санкт-Петербург), Новгородской областной универсальной научной библиотеки (Великий Новгород), библиотеки ГАНО и государственного учреждения «Новгородский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ГУ НЦГМС, Великий Новгород), научной библиотеки ИНОЗРАН (Санкт-Петербург), а именно:
- историко-научные работы, описывающие историю изысканий и строительства гидротехнических сооружений на р. Волхов и городских реках: «Материалы для описания русских рек и истории улучшения их судоходных условий» (Палицын, 1912) и др.,
- научные труды, содержащие описания водных объектов и гидротехнических сооружений, ход и результаты проводившихся на них исследований: «Материалы по исследованию реки Волхов и его бассейна» (вып. 1-24: 1924-1929), работы Л.К. Давыдова (1955), Д.Б. Малаховского (1969), О.А. Алекина (1970), А.В. Сидоренко (1971), А.Н. Грахова (1980), Э.Г. Истоминой (1989), А.Е. Рыбалко (1999), В.П. Нехайчика (2002), А.П. Вершинина (2006), В.Г. Федоровой (2007), Д.А. Субетто (2009) и др.,
- описания экспедиций и путешествий, статьи. Например: «Замечания, сделанные заслуженным профессором и академиком Э.И. Эйхвальдом во время путешествия по озеру Ильмень и окрестностям Старой Руссы» (Эйхвальд, 1856).
статьи в различных периодических и непериодических изданиях, в том числе в региональных СМИ: «Новгородской правде», «Новгороде», «Звезде» и «Новгородском комсомольце»; сборниках по истории и археологии: «Археологическое изучение Новгорода», «Археологические вести», «Новгородский исторический сборник», «Новгород и Новгородская земля. История и археология», «Советская археология», «Новгородский исторический сборник»; «Ученых записках» НГПИ; «Метеоспектре», «Вопросах географии», материалах научных конференций;
справочные материалы: «Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Т. 2. Карелия и Северо-Запад» (1972), «Государственный водный кадастр. Т. 1» (1983-1989), «Справочник по водным ресурсам СССР. Северо-Западный район. Т. 1» (1952), ежегодные сборники «Обзор состояния окружающей природной среды Новгородской области» (1993-2010) и др.;
картографические материалы: «Великий Новгород (город и окрестности). Туристическая карта» (2009), «Государственная геологическая карта. Серия Ильменская. Лист 0-36-XIV (Новгород)» (Вербицкий, 2000), «Краткое описание исследования реки Волхова от оз. Ильменя до г. Новой Ладоги...» (Вилькен, 1892); «Судовая карта реки Меты», «Схематический план гор. Новгорода с окрестностями» (1932) и др.;
служебные материалы государственных организаций и комитетов Великого Новгорода и области: ИНВЭКО-проект (СПб., 1994), Инженерно-геологическая карта (Новинжпроект, 1998), Историко-археологический опорный план г. Новгорода (Новгород, 1996), План-график работы... (Комитет водного хозяйства Новгородской области. Великий Новгород, 2000), Новгород. Проект городской черты (Отдел проектирования городских земель, 1997), Ежегодник качества поверхностных вод суши (СЗУГМС, 1999-2004, 2009-2010), Годовой отчет (Государственный фонд данных по землеустройству, 2010);
фондовые материалы Федерального государственного учреждения культуры «Новгородский государственный объединенный музей-заповедник»;
материалы натурных исследований автора современных городских водных объектов.
Изучение широкого спектра материалов и источников предусматривает применение источнико-ориентированного и проблемно-ориентированного подхода. Объектом историко-гидрографического исследования Великого Новгорода является гидрографическая сеть и хронологические срезы, в течение которых шло развитие города. Основными методами историко гидрографического исследования Великого Новгорода стали: метод историко-географических срезов, описательно-повествовательный, сравнительный (сравнительно-исторический) и картографический. Описательно-повествовательный метод, один из самых древних и распространенных в исторических исследованиях, представлял этап научного исследования, во время которого фиксировались данные собственных полевых наблюдений, констатировались научные факты, логическая последовательность изложения которых способствовала объяснению явлений и процессов. Описание - необходимое звено в картине исторической действительности, начальная ступень исторического исследования любого события или процесса, важное условие и предпосылка понимания сущности явлений (Смоленский, 2007).
Сравнительный (сравнительно-исторический) метод самый широко распространенный метод научного познания. В сущности, без сравнения не обходится ни одно научное исследование (Ковальченко, 2003). Сравнительный метод позволяет выявить сходства и различия процессов, свойств и состояний гидрологических объектов, составить их классификации, а также прогноз их изменений.
При исследовании трансформации гидрографической сети верховьев р. Волхов широко применялся картографический метод, так как карта -наиболее совершенный способ передачи пространственной информации. Использование картографического метода позволило изучить закономерности пространственного размещения и развития водных объектов путем составления и использования географических карт.
Метод историко-географических срезов (Жекулин, 1982) используется для комплексного анализа взаимосвязей природы, населения и хозяйства региона в различные временные периоды. Данный метод используется для анализа истории антропогенных изменений гидрографической сети Великого Новгорода. На его основе была создана историко-гидрографическая периодизация, где каждому временному срезу соответствует определенная пространственная модель организации гидрографической сети города, сравнение которых является следующим этапом изучения региона. В работе широко применялся метод географического моделирования, позволяющий изучать развитие географических объектов, процессов и явлений при помощи их пространственно-временных моделей.
Топонимический, математической статистики и историко-типологический методы использовались в качестве второстепенных, для уточнения, подтверждения и обработки уже имеющихся фактических данных.
Для исторических исследований гидрографии Великого Новгорода определенный интерес имеют топонимические сведения, в первую очередь, гидронимы. Топонимический метод основан на изучении происхождения географических названий. Географические названия водных объектов Великого Новгорода отражают существующие в природе разновидности растительного покрова (руч. Осоковец), характеризуют свойства объектов (р. Веряжа, руч. Грязный, руч. Копанец) и указывают на их местоположение (р. Левошня), отражают хозяйственную деятельность и материальную культуру местного населения (руч. Плотницкий, р. Прость, Гребной канал), а иногда указывают на названия церквей, улиц, деревень (Юрьевский пруд, Федоровский руч., Щусевские пруды) и собственные имена, фамилии, прозвища людей (Сиверсов канал).
В работе применен количественный метод математической статистики, основанный на изучении трансформации гидрографической сети Великого Новгорода с помощью анализа количественных данных, характеризующих водные объекты. Проведены измерения и вычисления основных морфометрических характеристик водных объектов (длины водотоков, площадь водного зеркала для водоемов) и рассчитаны их изменения.
Методика и результаты оценки современного состояния водных объектов города
Под состоянием водного объекта понимается характеристика этого водного объекта по совокупности количественных и качественных биогенных, абиогенных и антропогенных показателей применительно к видам водопользования. К настоящему времени сформировались два основных способа оценки состояния вод водных объектов -гидробиологический и гидрохимический, в ряде случаев используют термодинамический и биохимический способы.
В гидрохимических методах в зависимости от состава и количества аналитических данных выделяется несколько основных видов оценки: единичные, косвенные и комплексные. Единичные оценки получают путем сопоставления данных по химическому составу вод с существующими нормативами - ПДК. Косвенные оценки объединяют такие характеристики, как степень метаморфизации органического вещества, стойкость органического вещества к окислению, удельная окисляемость и др. Комплексные оценки включают различные коэффициенты, индексы и классификации загрязненности поверхностных вод. В настоящее время известно около 20 методов комплексной оценки загрязненности вод, отличающихся показателями (физическими, химическими, бактериологическими и гидробиологическими), их количеством (от 6 до 49), способом формализации данных и классификациями качества вод (Никаноров, 2001). Качество воды - характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования, при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.
При разработке методов комплексной оценки качества воды сформировались два направления (Шайн, 1984). Первое - оценка качества воды с помощью различных классификаций. Оценка сводится к определению класса качества воды по наихудшему показателю из имеющегося набора данных. Второе направление - создание интегральных оценок качества воды (индексов качества воды). В этом случае оценка сводится к получению числа (индекса) по совокупности значений, так или иначе выбранных показателей.
Коэффициенты загрязненности воды представляют собой наиболее абстрактные показатели, чаще всего учитывающие небольшое число элементов сложного объекта комплексного оценивания. Применяются коэффициенты загрязненности воды, комплексной загрязненности воды, модульный коэффициент выноса загрязняющих веществ, показатели относительной продолжительности и относительных объемов загрязненного и чистого водного стока и др.
Индекс качества воды - это обобщенная числовая оценка качества воды по совокупности натуральных показателей и видам водопользования. Такие виды комплексных оценок обеспечивают более разностороннюю и адекватную оценку качества воды (Никаноров, 1989). К ним относятся: индекс качества воды, комбинаторный индекс загрязненности воды, общесанитарный индекс качества воды, гидрохимический индекс качества воды, комплексная оценка степени загрязнения водоемов токсичными веществами и др.
Систематизация качества поверхностных вод на основе определенных критериев приводит к необходимости разработки различных классификаций загрязненности или качества воды водных объектов. Чаще всего при классификации качества поверхностных вод производят сопоставление рассчитанных определенным образом концентраций веществ с соответствующими нормативными или интервальными значениями, установленными для каждого класса качества. В других случаях классификацию качества поверхностных вод осуществляют по значениям индексов, рассчитанных по различным схемам, например, классификация по значениям общесанитарного индекса качества воды и индекса загрязненности или классификация по значениям комбинаторного индекса загрязненности и т.д. Как правило, классификация качества поверхностных вод включает 5-6 классов, позволяющих ранжировать качество воды от чистой или очень чистой до грязной или очень грязной. Методы комплексной оценки загрязненности поверхностных вод различаются по целям использования, принципам разработки, критериям, объему и характеру имеющейся информации, а также способу формализации данных.
В настоящее время еще нет единого, общепринятого метода комплексной оценки загрязненности поверхностных вод. Поэтому из всего имеющегося разнообразия методов должен применяться тот, который больше других соответствует поставленным задачам исследований, обеспечен необходимой информацией и который дает наиболее адекватную оценку степени загрязненности воды на рассматриваемом участке водного объекта.
Оценка современного состояния водных объектов по гидрохимическим показателям. Для оценки современного состояния водных объектов Великого Новгорода по гидрохимическим показателям в работе применен компонентный подход, который заключается в измерении различных показателей и последующем определении их загрязненности с учетом нормативных критериев - ПДК загрязняющих веществ для водоемов рыбохозяйственного назначения (ПДКВр). Для оценки уровня загрязненности городских водных объектов по гидрохимическим показателям использованы:
- коэффициент комплексности загрязненности воды - Kj, %;
- среднее значение кратности превышения ПДК - р, безразмерный;
- индекс загрязненности вод (ИЗВ) - безразмерный;
- удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ) - S/, безразмерный.
Коэффициент комплексности загрязненности воды (Кд, %) рассчитывается как соотношение количества ингредиентов и показателей качества воды, содержание которых превышает соответствующий норматив, к общему количеству нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, принятых для комплексной оценки: где Kfj - коэффициент комплексности загрязненности воды в f-м результате анализа для /-го створа; Щ - количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, содержание или значение которых превышает соответствующие им ПДК в f-м результате анализа для /-го створа; Щ -общее количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, определенных в/-м результате анализа для/-го створа.
Среднее значение кратности превышения ПДК (Ру) рассчитывается как среднеарифметическое по результатам анализов проб, где такое превышение наблюдалось. Результаты анализа проб, в которых концентрация загрязняющего вещества была ниже ПДК, в расчет не включаются.
Для растворенного в воде кислорода используют следующие условные градации кратности уровня загрязненности: (1; 1,5] - низкий; (1,5; 2] -средний; (2; 3] - высокий; (3; оо] - экстремально высокий.
Индекс загрязненности вод (ИЗВ) - интегральная характеристика качества воды, определяемая по среднему превышению ПДКВр среднегодовыми концентрациями шести основных загрязняющих веществ. В число показателей, используемых для расчета ИЗВ, обязательно включается кислород. Оставшиеся параметры (пять для речных вод) - это концентрации загрязняющих веществ, содержание которых в долях ПДК наибольшее.
Похожие диссертации на Формирование, развитие и современное состояние водных объектов Великого Новгорода
