Impact of economic activity on geoecological transformation of the basin of the Zhovtenka River (Ukraine)

Abstract

The article presents the results of the study on the current geoecological condition of the basin of the Zhovtenka River. The study object corresponded to the criteria of a small river, having the length of 42 km and the area of the drainage basin of 293 km2. According to the geographic peculiarities and the level of anthropogenic impact it is a typical small river of the Ukrainian Steppe zone. At the current stage of water management, the river and its tributaries are significantly regulated by artificial aquatic objects – ponds and a water reservoir. The total number of hydrotechnical facilities that form the water bodies is 34 levees. On the river itself, average density of water bodies equals 1 pond per every 2 km of the river length. Such regulation contradicts the norms of the current water protection legislation of Ukraine. As a result of fragmentation, the river has turned into a cascade of evaporation ponds. Special ecological threat to water use is the quality of water in the ponds. We determined that due to absence of current and low water exchange, the saline content in water undergoes significant changes. During the field surveys, we collected samples and determined the parameters of mineralization, content of chlorides and sulfates in 10 water bodies. Sampling was carried out during the year in different seasons. We determined that the averaged parameters of mineralization level change within the range of 9.000 mg/dm 3 in spring to 13.000 mg/dm 3 in summer and autumn. The content of chlorides varies within 2.600-3.600 mg/dm 3, sulfates – 4.000-4.800 mg/dm 3 according to the similar seasonal dependence. Due to changes in the climatic conditions and current tendencies of warming and dry climate, decrease in the water resources heightens the risks of irreversible geoecological degradation of the river. Significant regulation and evaporation-caused loss of water leads to rapid shoaling of the water bodies and growth of aquatic-marsh vegetation. The authors suggest an approach to assessment of the level of geoecological transformation of the river basin based on determining quantitative parameters of the constituents of the elements of natural ecosystems and elements of negative anthropogenic impact. We proposed calculation of various coefficients (indicators) which alter the natural condition of water ecosystems, particularly: coefficients of fragmentation, coefficients of urbanization, coefficients of alienation, etc. We present a possibility of using them in relation to the length of the river and hydrographic network, as well as the area of drainage. We determined that percentage parameter of geoecological impact was seen in 94.3% of the area of the drainage basin or 87.4% of the river length. We suggest approaches that would minimize the deleterious impact of economic activity and gradually restore the condition of aquatic ecosystem of the river. The article provides recommendations of using coefficients of geoecological transformation of river ecosystems. У статті представлено результати дослідження сучасного геоекологічного стану басейну річки Жовтенька. Об’єкт досліджень відповідає критеріям малої річки з довжиною 42 км та площею водозбірного басейну 293 км2. За географічними особливостями та рівнем антропогенного впливу є типовою малою річкою степової зони України. На сучасному етапі водогосподарської діяльності, річка та її притоки значно зарегулювані штучними водними об’єктами – ставками і водосховищем. Загальна кількість гідротехнічних споруд, що формують водойми, складає 34 греблі. Безпосередньо на річці середня щільність розташування водойм складає 1 ставок на кожні 2 км довжини річки. Таке зарегулювання суперечить нормам чинного водоохоронного законодавства України. Внаслідок фрагментації річка перетворилась на каскад випаровувачів. Особливу екологічну небезпеку водокористування становить якість води у ставках. Визначено, що через відсутності течії і низького водообміну значно змінюється сольовий склад води. В ході польових досліджень проведено відбір проб та визначені показники мінералізації, вмісту хлоридів і сульфатів у 10 водоймах. Відбір проб виконувався протягом року за різними сезонами. Встановлено, що усереднені показники рівня мінералізації змінюються в межах від 9000 мг/дм3 навесні до 13000 мг/дм3 влітку та восени. Вміст хлоридів коливається в межах 2600-3600 мг/дм3, сульфатів 4000-4800 мг/дм3 за аналогічною сезонною залежністю. У зв’язку зі зміною кліматичних умов та сучасних тенденцій потепління і посушливості клімату, зниження водності підвищує ризики безповоротної геоекологічної деградації річки. Значне зарегулювання та втрати води на випаровування призводять до стрімкого обміління водойм та заростання водно-болотяною рослинністю. Авторами запропоновано підхід щодо оцінювання рівня геоекологічної трансформації річкового басейну, який спирається на визначенні кількісних показників складових елементів природної екосистеми та елементів негативного антропогенного впливу. Запропоновано оцінювати різні коефіцієнти (показники), що змінюють природний стан водних екосистем, а саме: коефіцієнти фрагментації, коефіцієнти урбанізації, коефіцієнти відчужень тощо. Представлена можливість їх застосування як за довжиною річки та гідрографічної мережі, так і за площею водозбору. Встановлено, що відсотковий показник негативного геоекологічного впливу спостерігається на 94,3% площі водозбірного басейну або 87,4% за довжиною річки. Запропоновано підходи, що дозволять мінімізувати негативний вплив господарської діяльності та поступово відновити стан водної екосистеми річки. Наведені рекомендації прикладного застосування коефіцієнтів геоекологічної трансформації річкових екосистем.