The analysis of spatial distribution of artificial reservoirs as anthropogenic fragmentation elements of rivers in the Dnipropetrovsk Region, Ukraine

Abstract

The purpose of the research is to summarise quantitative characteristics and to analyse the spatial distribution of artificial water bodies as anthropogenic fragmentation elements of medium and small rivers within the Dnipropetrovsk Region, Ukraine. The paper uses current data pertaining to existing reservoirs and mineralisation of water in rivers. Comparison included quantitative characteristics, water surface area, and the volume water in ponds and reservoirs. It has been established that although the total ratio was 97% for ponds to 3% for reservoirs, whereas their water surface area 48%, and the volume of water stored only 23% of the total resources. The paper shows the inexpediency and low efficiency of using ponds as water reservoirs feeding small rivers. Increasing the number of ponds in the river basin has a negative impact on the quality of water resources, in particular, by increasing water mineralisation – total dissolved solids (TDS). Depending on the river, the following indicator of river basin fragmentation has been determined: 6–20 reservoirs per 100 km2 of the river catchment area, and on average 18–36 ponds and reservoirs are built for every 100 km of the river in relation to the length of the hydrographic network. It has shown the regularity of growing water mineralisation due to the fragmentation of rivers by a large number of artificial reservoirs. A strong correlation between regulation and fragmentation of river basins has been established (coefficient of determination R2 ranges from 0.72 to 0.91). It proves the possibility to estimate the degree of change (increase) of water mineralisation based on the water flow coefficient Kw and the river fragmentation coefficient Ks fr in the Dnipropetrovsk Region. The paper offers ways of further research for planning and implementation of a water management strategy concerning ecologically safe levels of water use in small and medium-sized river basins. Метою дослідження є узагальнення кількісних характеристик та аналіз просторового розподілу штучних водних об’єктів як елементів антропогенної фрагментації середніх та малих річок Дніпропетровської області України. У роботі використано сучасні дані щодо існуючих водойм та мінералізації води річок. Порівняння включало кількісні характеристики, площу поверхні води та об’єм води в ставках і водоймах. Встановлено, що хоча загальне співвідношення становило 97% для ставків до 3% для водойм, тоді як площа їх водної поверхні 48%, а об’єм води зберігається лише 23% від загальних ресурсів. У роботі показано недоцільність та низьку ефективність використання ставків як водосховищ для живлення малих річок. Збільшення кількості ставків у басейні річки негативно позначається на якості водних ресурсів, зокрема, через підвищення мінералізації води – загальних розчинених твердих речовин (ТРС). Залежно від річки визначено такий показник роздробленості річкового басейну: 6–20 водосховищ на 100 км2 площі річкового водозбору, а в середньому на кожні 100 км річки будується 18–36 ставків і водосховищ по відношенню до довжина гідрографічної мережі. Показано закономірність зростання мінералізації води за рахунок дроблення річок великою кількістю штучних водойм. Встановлено сильний кореляційний зв’язок між зарегульованістю та фрагментацією річкових басейнів (коефіцієнт детермінації R2 коливається від 0,72 до 0,91). Доведено можливість оцінки ступеня зміни (приросту) мінералізації води за коефіцієнтом витрати води Kw та коефіцієнтом дроблення річки Ks fr у Дніпропетровській області. У статті запропоновано шляхи подальших досліджень для планування та реалізації водогосподарської стратегії щодо екологічно безпечних рівнів водокористування в басейнах малих та середніх річок.