Оцінка процесу формування кисневого режиму заток Дніпра в районі Києва

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.