Державний науково-виробничий центр „Природа”

Дослідження підтоплення на території Херсонської області

 

Аналіз причин формування підтоплення на Херсонщині
У Херсонській області періодично зазнають підтоплення понад 140 тисяч гектарів сільськогосподарських угідь та 115 населених пунктів. Найгірша ситуація склалася у Великоолександрівському, Генічеському, Новотроїцькому, Цюрупинському, Голопристанському, Високопільському, Нововоронцовському, Чаплинському районах області. Шкідливого впливу процесів підтоплення зазнають і сільські населені пункти, і міста й селища, серед яких обласний центр Херсон, а також Гола Пристань, Генічеськ, Новоолексіївка, Залізний Порт, Каланчак, Високопілля. Підйом рівня ґрунтових вод призводить до часткового руйнування жилих будинків, затоплення підвалів, руйнування фундаментів, вимокання та загибелі насаджень на присадибних ділянках, засолення та заболочування ґрунтів, підвищення вологості і погіршення санітарного стану територій.

При цьому територія Херсонської області знаходиться у посушливому регіоні. Її південна частина знаходиться у сухому степу, де коефіцієнт зволоження становить 0,6 – 0,7, а річна кількість опадів не перевищує 400 мм (по метеостанціях Каховка та Генічеськ).
Що є причинами підтоплення у таких умовах? Фахівці, які, зокрема, обговорювали дану проблему на спеціально скликаній нараді „Підтоплення земель на Херсонщині: проблема та шляхи її подолання” у Херсоні у 2001 р., а також на всеукраїнських нарадах з проблем підтоплення у Харкові (2005 р.) та Бердянську (2007 р.), називають декілька причин.

Перша причина, яка зазвичай називається як основний чинник формування процесів підтоплення, - зрошення сільськогосподарських угідь, експлуатація крупних гідромеліоративних споруд. Загалом на Херсонщині меліоративні споруди прокладені на площі 426 тисяч гектарів. На території області побудовано Північно-Кримський, Краснознам’янський і Каховський магістральний канали і великі меліоративні системи. З іншого ж боку, площа зрошуваних земель за останні 15 років істотно зменшилася. Тільки за офіційно оприлюдненими даними, за цей період виведено з ладу меліоративні системи, які давали воду на 40 тис.га. Істотна частка земель зрошувалася за допомогою дощувальних систем „Фрегат”. Однак їхня експлуатація вимагає великих енергозатрат. У 2001 році у Херсонській області використовували лише 116 тис. га зрошуваних земель. Потім, коли держава стала виділяти компенсацію на електроенергію, — зрошувалося 150 тис., і у 2003 р. - понад 250 тисяч гектарів.

Однак, все ж таки, обсяги зрошення за останні 10 – 15 років знизилися.
Іншою важливою причиною підтоплення називається зростання споживання води населенням у сільських населених пунктах, де, внаслідок поливу і недостатньо облаштованої системи дренажу утворилися локальні підвищення рівня ґрунтових вод.
Інша група причин підтоплення території Херсонської області – природні фактори. Територія області погано дренована – це означає, що на її території відсутні глибокі річкові долини, дуже розріджена ерозійна мережа (виняток становить долина Дніпра). У той же час тут існують поди – великі безстічні западини, глибиною 10 – 20 м при діаметрі у декілька кілометрів. На Дніпровсько-Молочанському межиріччі невеликий поверхневий стік по балках-суходолах відбувається тільки у поди, на днищі яких знаходяться заболочені солонці та солоді.

Свій „внесок” у формування процесів підтоплення роблять і підпір ґрунтових вод на територіях, прилеглих до Чорного і Азовського морів та до Каховського водосховища, і гідрометеорологічні фактори. Необхідно сказати, що катастрофічне підтоплення 1997 – 1998 рр. відбулося, у „вологі роки” коли кількість опадів значно перевищила середні значення і дощі випали у холодну пору року (влітку опади компенсувалися б інтенсивним випаровуванням).

 

Особливості і перспективи використання даних дистанційного зондування при вивченні підтоплення
Відомо, що для визначення умов зволоження території ефективно використовуються космічні знімки. При цьому зволоженість грунтів можна вивчати і в оптичному, і в інфрачервоному, і в мікрохвильовому і в сантиметровому діапазонах. Космічні системи моніторингу зволоження грунтів широко використовуються США, Європейським космічним агентством, Індією, впроваджені вони і в Україні.
Тому у ДНВЦ „Природа” було вирішено виконати демонстраційний проект з вивчення підтоплення території Херсонської області, використовуючи космічні знімки для оцінки вмісту вологи у ґрунті та рослинності, з використанням кількісних методів інтерпретації даних ДЗЗ.

Взагалі досліджувалася уся територія області, але основна увага була зосереджена на її південно-східній частин – території Генічеського та Новотроїцького районів. Саме для цієї території виконувалася інтерпретація космічних знімків різного типу, були побудовані цифрові моделі рельєфу, аналізувалися дані з геологічної будови, геоморфології, гідрогеології, були побудовані карти підтоплення.

В основу використання кількісних методів інтерпретації космічних знімків було покладено теоретичні та експериментальні дані, які характеризують спектральні характеристики підстилаючої поверхні із різним ступенем зволоження.
Шар води має вузькі, яскраво виражені смуги поглинання при довжині хвилі 1,4 та 1,9 мкм. Саме завдяки цьому ці діапазони неможливо використовувати у дистанційному зондуванні – у цих смугах існує інтенсивне поглинання електромагнітного випромінювання, а в атмосфері Землі завжди міститься водяна пара. А взагалі при збільшенні довжини хвилі приблизно від 1,1 мкм у бік „теплової частини” спектру відбувається різке зниження відбиваючої властивості води. Водні поверхні у ближньому та середньому інфрачервоних діапазонах інтенсивно поглинають енергію, завдяки чому знижується їхня відбиваюча спроможність і вони, виглядаючи на космічних знімках як темні фрагменти, добре розрізняються при дешифруванні. У видимому діапазоні також відбувається зменшення відбиваючої спроможності поверхонь (гірських порід, ґрунтів, рослинності) по мірі їх зволоження: зволожені ділянки виглядають більш темними.
Описані спектральні характеристики вологих ґрунтів можуть бути покладені в основу для застосування кількісних методів інтерпретації космічних знімків при вивченні підтоплення, зокрема використання методів класифікації та розпізнавання образів на основі аналізу сигнатур для ділянок земної поверхні у різному стані.

 

 

Космічний апарат	Скануючий прилад	Спектральні діапазони	Дата	Погодні умови
„Океан – О”	„МСУ – В”	0,54 – 0,61 мкм 0,63 – 0,73 мкм 0,91 – 0,99 мкм	14 вересня 2001 р.	Немає даних
„Метеор – 3М”	„МСУ – Э”	0,50 – 0,59 мкм 0,61 – 0,69 мкм 0,81 – 0,90 мкм	21 червня 2001 р.	Після зливових дощів, гроз
„Метеор – 3М”	Те ж саме	Те ж саме	31 липня 2002 р.	Сухо, спекотно
„Метеор – 3М”	Те ж саме	Те ж саме	24 квітня 2003 р.	Помірно-волого, дощі – за тиждень до знімання
„Метеор – 3М”	Те ж саме	Те ж саме	28 вересня 2005 р.	Сухо
„Landsat – 7”	“ETM +”	0.525 - 0.605 мкм 0.63 - 0.69 мкм 0.75 - 0.90 мкм	31 липня 2006 р.	Сухо, спекотно
„Landsat – 7”	“ETM +”	0.63 - 0.690 мкм 10.40 - 12.5 мкм 2.09 - 2.35 мкм	31 липня 2006 р.	Те ж саме

Ми спеціально звертаємо увагу на погодні умови під час виконання зйомки. Підтоплення на території Півдня України повинно спостерігатися за дистанційними даними у весняний та осінній періоди та іноді – влітку, після опадів облогового типу (дощів, що із перервами йдуть 2 – 3 дні). Тоді у подах, западинах мікрорельєфу у населених пунктах та поза їх межами на деякий час застоюється вода або на більш-менш тривалий час підвищується рівень ґрунтових вод.

Дійсно, найбільш інформативними виявилися космічні знімки, отримані 21.06.2001 та 24.04.2003 (див. таблицю).
Постійно зволожені ділянки на знімках, отриманих в інший час, займають значно менші площі, в основному на узбережжі Азовського моря, в районі Дніпровсько-Бузького лиману та подекуди у Каланчацькому районі (у зоні, прилеглій до Північно-Кримського каналу).
Рівень води у подах, так як і спектральні характеристики грунтово-рослинного покриву на їх днищах, є дуже мінливими.

Також було використано космічний знімок з КА „QuickBird”, який перекриває територію від озера Сиваш, район смт Сиваське до Каховського магістрального каналу. За його допомогою вдалося детально дослідити територію смт Сиваське, с. Маячка, зону навколо каналу Р-5-1, днище великої подової западини.

 

Результати регіональних досліджень на території Херсонської області
Космічні знімки з КА „Океан – О” та „Метеор – 3М” оброблялися з використанням програмного комплексу ERDAS Imagine 9.1 (Leica Geosystems). Вище описувалися спектральні характеристики ділянок з надмірним зволоженням. Один з методі обробки полягав у використанні неконтрольованої класифікації. Це забезпечило задовільні, але неповні результати: на знімках, отриманих у „вологі” періоди, були оконтурені водойми, крім цього ділянки з водою на днищі подових улоговин. Ділянки підтоплення у межах населених пунктів майже не можна виділити. Виняток становлять ділянки на півострові Чонгар – на космічному знімку – апарату „Метеор – 3М” фіксуються ділянки інтенсивного зволоження у районі сіл Чонгар, Атамань та Новий Труд. Прогнозується підтоплення також між с.Чонгар і автотрасою Москва – Харків – Сімферополь. Дуже помітними є коливання рівня озера Сиваш, які, однак, можна пояснити й існуванням згінно-нагінних коливань у цьому озері-затоці.

Контрольована класифікація проводилася з виділенням 7, потім 9 класів, виходячи з характеристик підстилаючої поверхні у трьох діапазонах спектру (спектральні канали космічного знімку „Метеор – 3М”). Це дало більш прийнятні результати – дані дешифрування добре зіставлялися із даними геолого-геоморфологічних і гідрогеологічних досліджень на об’єктах, що були вибрані як тестові. Зокрема, підтвердилися дані про застоювання вод у природних пониженнях рельєфу, а також про вплив літологічних особливостей антропогенових відкладів на формування рівня ґрунтових вод. Окрім того, виділяються ділянки підтоплення вздовж магістральних каналів (однак, лише на обмежених площах), а також біля ставків у населених пунктах, на присадибних ділянках і, очевидно, на овочевих сівозмінах з інтенсивним поливом.

Апріорі зволоженими ділянками на знімках, отриманих навесні та після дощів, є ділянки понижень у рельєфі. Весь стік поверхневих вод на цій територій спрямований у місцеві пониження. Яскравість зображення, яка показує глибину залягання ґрунтових вод, зменшується по мірі віддалення від цих улоговин. У таких умовах, за певного надлишку води, вологість різко не зменшується за рахунок інтенсивного випаровування. Навпаки, у літній час процеси підтоплення можуть взагалі бути непомітними за рахунок випаровування і нагрівання ґрунту. Показовими є космічні знімки, отримані в липні, на яких 80% підтоплених ділянок, виявлених у описаній вище ситуації, не фіксуються.

Більшість регіональних карт підтоплення, складених на територію Херсонської області, нажаль, не завжди є актуальними. Причина цього – у динаміці та багатофакторності процесів підтоплення. Причинами підтоплення часто є не втрати води з меліоративних споруд, не системи зрошення, а особливості геологічної будови і геоморфології регіону. Хоча, поза всяким сумнівом, техногенні причини підтоплення також необхідно враховувати

 

Результати детальних робіт у Генічеському та Новотроїцькому районах
Дослідження підтоплення, проведені з використанням ГІС- та ДЗЗ-технологій, показали, що коливання рівнів ґрунтових вод у більшості населених пунктів на території Генічеського та Новотроїцького районів відбуваються динамічно. Є „внесок” у розвиток процесів підтоплення як природних, так і техногенних факторів.

У с. Щорсівка Генічеського району прогнозується підтоплення у східній частині села. Рівень ґрунтових вод підвищується в напрямку від залізничної магістралі Сімферополь – Мелітополь у напрямку центра села, місцевої школи до автодороги Сімферополь – Мелітополь. Смуга вологих ґрунтів, виділена за даними дешифрування космічних знімків, проходить під полотном автодороги і простягається далі на схід, охоплюючи північну околицю сусіднього села Ярошик.

Ґрунтові води залягають на глибинах 1,5 – 6 м у лесовидних суглинках та супісях, водотривом є верхньопліоценові глини. Цей же шар глин, який за даними бурових робіт, у районі с. Щорсівка має потужність від 2,8 до 5,4 м, ізолює ґрунтові води від напірних вод у середньо-верхньопліоценових пісках.

Виникає питання про причини формування підтоплення у с. Щорсівка та ефективні заходи з інженерного захисту території. Очевидним є вплив геоморфологічного фактору: атмосферні опади стікаються у пониження, яке простягається від центру Щорсівки до північної околиці с. Ярошик, хоча його глибина не доходить і до 5 м. Впливає на формування процесів підтоплення, хоча це й не очевидно, боковий приток у западину від ділянок поливу, присадибних ділянок.

У смт Новоолексіївка на знімках, отриманих у зимово-весняний період, виявлена ділянка постійого підтоплення, розташована на південний схід від залізничної станції. Ґрунтові води залягають в умовах, аналогічних с. Щорсівка. Четвертинні відклади у районі Новоолексіївки мають строкатий склад, що позначається на умовах інфільтрації атмосферних опадів, вертикального і бокового притоку вод від зрошення присадибних ділянок.

На північ від Новоолексіївки дешифрується зона підтоплення, прилегла до меліоративного каналу Р-П-1.
Найскладніша ситуація з підтопленням складається або може скластися у населених пунктах розташованих у подових западинах. Історично склалося, що частина сіл Херсонщини розташована саме у безстічних улоговинах та на їх схилах. На дослідженій території це смт Сиваське, села Одрадівка, Маячка, Сивашівка, Новодмитрівка, Новомихайлівка.

Зростання рівнів ґрунтових вод виявлене, зокрема, у районі с. Маячка. Ґрунтові води в районі цього населеного пункту залягають на глибинах від 2 до 10 м, водовміщуючими породами є лесовидні суглинки. Водотривам є верхньопліоценові глини, зо залягають на глибинах 10 – 14 м. У даному районі можливий переток вод з другого водоносного горизонту, розташованого у неогенових пісках. По-перше, тут знаходиться зона тріщинуватості, яка дешифрується на космічному знімку (проходить у довготному напрямку і відповідає глибинному розлому земної кори), по-друге, на ділянці Маячка – Калинівка, за даними інженерно-геологічних вишукувань, збільшується коефіцієнт фільтрації неогенових відкладів. Ці природні причини (рельєф території, що зумовлює сток води до подових западин і особливості будови антропогенових й неогенових відкладів) призводять до формування підтоплення у с.Маячка й інших населених пунктів, розташованих в аналогічних умовах.

Зона підтоплення також розташована уздовж берегової лінії Сивашу і Азовського моря. „Підпір” підземних вод і низькі гіпсометричні відмітки створюють сприятливі умови для формування підтоплення. А централізоване чи місцеве зрошення тільки сприяє різкому зростанню рівнів підземних вод. Така ситуація складається у населених пунктах Громівка, Новопокровка, Сергіївка, Новодмитрівка, Чонгар та деяких інших. У районі с.Громівка за даними дистанційних досліджень виділяється два „центри” підтоплення, приурочені до водойми, що перегороджена дамбою. Крім регіонального водотривкого шару у вигляді верхньопліоценвих глин у товщі порід можуть бути присутні місцеві водотриви – лінзи лиманно-морських суглинків у зоні інфільтрації атмосферних опадів.

Висновки
1. Космічні знімки дозволяють ефективно визначати гідрогеологічні умови території, вивчати стан території у районах розташування гідромеліоративних споруд, виділяти ділянки підтоплення.
2. При використанні даних ДЗЗ при прогнозуванні підтоплення необхідно обов’язково враховувати метеорологічні умови, сезонні коливання кількості опадів, температур і випаровування. При інтерпретації даних ДЗЗ необхідно обов’язково брати до уваги особливості геологічної будови – насамперед склад, літологічну будову, потужність антропогенових і неогенових відкладів.
3. Наведені дані свідчать, що причини підтоплення у Херсонські області як техногенні, так і суто природні.
4. Необхідно звернути увагу на виконання заходів, передбачених державними програмами по боротьби з підтопленням, зокрема ліквідувати небезпечні підпори води, ділянки застоювання вод, поновити роботу існуючих дренажних систем, здійснити очищення колодязів і труб на горизонтальних дренах, застосовувати екологічно-обгрунтованих методи землеробства, здійснювати нагляд за штучними водоймами.