Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області
Проаналізовані результати багаторічних спостережень за параметрами режиму рівнів підземних вод і характеристиками космічних, метеорологічних, гідрологічних і геодинамічних чинників формування режиму підземних вод для території Дніпропетровської області. Здійснено оцінку взаємозв’язку параметрів гідр...
Saved in:
| Published in: | Геодинаміка |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60571 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області / Л.І. Давибіда, Е.Д. Кузьменко // Геодинаміка. — 2011. — № 1(10). — С. 83-93. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860095355349106688 |
|---|---|
| author | Давибіда, Л.І. Кузьменко, Е.Д. |
| author_facet | Давибіда, Л.І. Кузьменко, Е.Д. |
| citation_txt | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області / Л.І. Давибіда, Е.Д. Кузьменко // Геодинаміка. — 2011. — № 1(10). — С. 83-93. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геодинаміка |
| description | Проаналізовані результати багаторічних спостережень за параметрами режиму рівнів підземних вод і характеристиками космічних, метеорологічних, гідрологічних і геодинамічних чинників формування режиму підземних вод для території Дніпропетровської області. Здійснено оцінку взаємозв’язку параметрів гідрогеодинамічного режиму. У розглянутих багаторічних часових рядах виявлено основні ритми коливань як основу прогнозування режиму підземних вод.
Выполнен анализ результатов многолетних наблюдений за параметрами режима уровней
подземных вод и характеристиками космических, метеорологических, гидрологических и геодинамических факторов формирования режима подземных вод для территории Днепропетровской области.
Осуществлена оценка взаимосвязи параметров гидрогеодинамического режима. В рассмотренных
многолетних временных рядах выявлены основные ритмы колебаний как основа прогнозирования режима подземных вод.
The analysis of long-term observations of the groundwaters’ levels and characteristics of space, meteorological, hydrological and geodynamic factors shaping mode at the territory of Dnipropetrovsk region is
executed. The estimation of correlation parameters of hydrogeodynamic regime is carried out. In the investigated many years’ time series the basic rhythms of oscillations are revealed which is the base of forecast of subsurface waters’ mode.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:25:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Геологія
© Л.І. Давибіда, Е.Д. Кузьменко, 2011 83
УДК 556.332.52 Л.І. Давибіда, Е.Д. Кузьменко
ЗАКОНОМІРНОСТІ ДИНАМІКИ РІВНІВ ПІДЗЕМНИХ ВОД І ЧИННИКІВ
ЇХ ФОРМУВАННЯ У МЕЖАХ ТЕРИТОРІЇ ДНІПРОПЕТРОВСЬКОЇ ОБЛАСТІ
Проаналізовані результати багаторічних спостережень за параметрами режиму рівнів підземних
вод і характеристиками космічних, метеорологічних, гідрологічних і геодинамічних чинників форму-
вання режиму підземних вод для території Дніпропетровської області. Здійснено оцінку взаємозв’язку
параметрів гідрогеодинамічного режиму. У розглянутих багаторічних часових рядах виявлено основні
ритми коливань як основу прогнозування режиму підземних вод.
Ключові слова: екзогенні геодинамічні процеси; рівні підземних вод; режимоутворювальні
чинники; статистичний аналіз.
Вступ
Упродовж останніх десятиріч є актуальним
питання дослідження режиму підземних вод, про
що свідчать як зростання їх значення у забез-
печенні України водними ресурсами, так і акти-
візація небезпечних геодинамічних екзогенних
процесів (підтоплення, зсувів, карсту, селів), у
розвитку яких діяльність підземних вод відіграє не
останню роль. На території України у межах дер-
жавної програми моніторингу довкілля здійсню-
ються роботи зі спостереження за розвитком
окремих геодинамічних процесів, зокрема спосте-
реження за природно- і техногеннозумовленими
змінами підземних і поверхневих вод. Окрім того,
в Україні виконується значний обсяг науково-
дослідних фундаментальних і прикладних гідро-
геологічних робіт. Сьогодні завдяки дослідженням
провідних учених Інституту геологічних наук
НАНУ, Українського державного геологорозвіду-
вального інституту, Національного гірничого
університету та інших організацій виконані дослі-
дження з регіонального гідрогеологічного району-
вання України, розглянуті питання водообміну в
гідрогеологічних структурах України як в природ-
них, так і порушених умовах, розроблені методи
вивчення водообміну, створені постійно діючі
гідродинамічні моделі для багатьох регіонів
України [Шестопалов и др., 1989], розроблено
критерії природності режиму підземних вод, за-
пропоновані методичні основи складання корот-
кострокових прогнозів елементів режиму рівня
ґрунтових вод, що знаходяться у природних і
слабкопорушених умовах, з використанням фак-
торних імовірнісно-статистичних моделей [Рубан,
Шинкаревський, 2005], сучасних геоінформацій-
них технологій та апарата нечітких множин [Са-
рычева, Логинов, 2009], розглянуті теоретичні
питання формування режиму підземних вод,
зокрема під впливом техногенних чинників, у
районах розвитку карсту, зсувів і вплив змін
режиму підземних вод на активізацію зазначених
процесів [Лущик и др., 1988; Кузьменко та ін.,
2007, 2008; Климчук, 2008], проведено аналіз взає-
мозв’язку сейсмічної активності та змін гідрогео-
логічних умов і показників для окремих регіонів
України [Лущик и др., 1995; Фесенко, 2005].
Під час виконання цих досліджень серед інших
використовувались наявні дані про природний ре-
жим підземних вод, проте багато питань залиша-
ються невирішеними або вирішеними частково з
причини відсутності методики його довгостро-
кового прогнозування. Зазначимо, що існуючі
часові ряди цих режимних спостережень за
багаторічними змінами рівневого режиму ґрун-
тових вод дуже часто є “зашумленими” і містять
пропуски більше 5 років, що, враховуючи три-
валість переважної більшості рядів до 25–30 років,
знижує вірогідність довгострокових прогнозів гід-
рогеологічного режиму і геодинамічних процесів,
розвиток і активізація яких пов’язані зі змінами
рівнів підземних вод. Складання регіональних
прогнозів ускладнюється також тим, що сьогодні
не існує схеми гідрогеологічного районування
території України відповідно до гідрогеодинаміч-
ної аналогії багаторічних коливань рівнів.
Постановка задачі
Для розроблення методики довгострокового
(до 10–15 років) прогнозування режиму підземних
вод у часі та просторі відповідно до закономірнос-
тей режимоутворювальних чинників для різних
регіонів України першочерговим і необхідним зав-
данням є проведення комплексного статистичного
аналізу вихідних даних багаторічних спостере-
жень за режимом рівнів підземних вод і мінли-
вістю режимоутворювальних чинників для окре-
мих територій з метою доведення їх підпоряд-
кованості класичним законам розподілу та вияв-
лення певних закономірностей у їх функціях
розподілу. Саме вирішення цих питань є метою
досліджень, зазначених у цій роботі.
Вихідні дані
Дослідження проводилося для території Дні-
пропетровської області. Вихідними даними є ре-
зультати багаторічних спостережень (строкових
замірів) за рівнями ґрунтових і міжпластових вод
у 17 гідрогеологічних свердловинах і мінливістю
режимоутворювальних чинників досліджуваного
регіону. Спостережні свердловини, вибрані для
подальшого аналізу, характеризують природний
або слабкопорушений режим рівнів підземних вод.
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геодинаміка 1(10)/2011
84
Методика та результати досліджень
Режим підземних вод визначається як природно-
історичнний процес циклічної мінливості стану та
властивостей підземних вод у часі і в межах
визначеного простору, що відбувається під впливом
сукупності взаємодіючих певних природних і
штучних чинників, що постійно змінюються. Аналіз
наявних матеріалів багаторічних спостережень і по-
передніх наукових робіт, що стосувались вивчення
та прогнозування режиму рівнів підземних вод
[Коноплянцев, Семенов, 1974; Ковалевський, 1983;
Рубан, Шинкаревський, 2005], свідчить, що найха-
рактернішими параметрами елементів режиму рівнів
підземних вод є середньорічні, екстремальні (макси-
мальні й мінімальні) річні значення положення
рівня, а також значення річних амплітуд.
Важливим під час вивчення багаторічних зако-
номірностей режиму рівнів підземних вод є
фазова однорідність значень елементів режиму,
що розглядаються, оскільки безпосередньо вимі-
ряні екстремальні значення положення рівня
можуть спостерігатися у різні роки у різні сезони і
не відображати загальних багаторічних тенденцій.
Автокореляційний і спектральний аналіз рядів
середньомісячних положень рівня для безпе-
рервних спостережних періодів у часових межах
1954–2008 рр. показав наявність доволі чіткої
статистично значущої 12-місячної періодичності
для переважної більшості свердловин досліджу-
ваної території. Як правило, сезонні коливання у
розглянутих часових рядах накладаються на
тренд-циклічну складову. Для більшості свердло-
вин внесок сезонних коливань у загальну мінли-
вість положень рівня є значущим порівняно з
багаторічними змінами. Для окремих свердловин
12-місячна циклічність простежується у вигляді
статистично незначних тенденцій або сезонна
компонента взагалі не проявляється. Зазначене
твердження обґрунтовано проведенням кореляцій-
ного аналізу, результати якого показані на рис. 1.
Відсутність у рядах спостережень за режимом
підземних вод сезонних коливань рівня є однією з
ознак його порушення. Зазначимо також, що
автокореляційний і спектральний аналіз анало-
гічних рядів даних спостережень за основними
характеристиками режимоутворювальних чинни-
ків (середньомісячних температур і місячних кіль-
костей опадів) свідчить про наявність чіткої 12-
місячної періодичності для усіх метеопостів Дні-
проперовської області. У подібних випадках до-
цільним є проведення оцінки багаторічної мінли-
вості положень рівня з урахуванням існуючих
принципів і критеріїв природності режиму із об-
ґрунтуванням доцільності використання резуль-
татів спостережень, отриманих по гідрогеологіч-
них пунктах, для подальшого вивчення і довго-
строкового прогнозування природного режиму
рівнів підземних вод для території регіону.
Результати проведеного аналізу дають можли-
вість побудувати середньобагаторічні криві коли-
вань рівня підземних вод за увесь період ведення
спостережень для кожного пункту спостережень.
Побудовані графіки (рис. 2) свідчать, що для
ґрунтових вод переважної більшості свердловин
території Дніпропетровської області властивий
тип сезонного та цілорічного живлення, який ха-
рактерний для зон нестійкого зволоження. При
цьому для внутрішньорічного режиму спостері-
гається весняне максимальне положення рівнів у
березні – травні внаслідок живлення за рахунок
опадів, що накопичилися за зиму. Літні, часто
навіть осінні опади значною мірою витрачаються
на випаровування і в живленні ґрунтових вод
участі фактично не беруть [Рубан, Шинка-
ревський, 2005]. Річний мінімум спостерігається,
як правило, у серпні – жовтні. Середньобагаторіч-
ний графік коливань рівнів напірних вод для
однієї окремо взятої свердловини свідчить про
значну подібність їхнього внутрішньорічного ре-
жиму з режимом ґрунтових вод оточуючих
територій. Такий тип режиму напірних вод харак-
терний для областей живлення – пластів, які
безпосередньо виходять на поверхню або мають
прямий гідравлічний зв’язок із ґрунтовими водами.
Враховуючи сказане, для вивчення основних
статистичних закономірностей багаторічного при-
родного режиму рівнів підземних вод досліджуваної
території статистичний аналіз виконаний для таких
параметрів: середньорічних положень рівня (роз-
рахованих за середньомісячними значеннями),
річних амплітуд (розрахованих за середньомісяч-
ними значеннями), річних максимальних (значення
положення рівня у квітні) та річних мінімальних
(значення положення рівня у вересні) рівнів.
У геології обґрунтованими є такі закони
розподілу: нормальний, логнормальний, гамма-за-
кон, експоненціальний, екстремальний. Особливість
останніх чотирьох законів полягає у тому, що усі
вони містять експоненту, тому логарифми їхніх
аналітичних виразів можуть бути розподілені за
нормальним законом. Отже, для уніфікації законів
розподілу (приведення до нормального закону
розподілу) достатньою є процедура логарифмування
розподілів, які відрізняються від нормального.
Для вивчення характеру статистичних розподілів
для досліджуваних параметрів були побудовані
гістограми фактичних розподілів їх ймовірностей і
графіки їхніх теоретичних аналогів, а також
відповідні графіки забезпеченості. Отримані графіки
забезпеченості та гістограми розподілу частот
свідчать про те, що для багаторічної мінливості се-
редньорічних рівнів підземних вод у гідрогеоло-
гічних свердловинах території Дніпропетровської
області характерні такі типи розподілів (рис. 3):
а) емпіричні точки розміщуються по прямій
лінії або близько до прямої, що свідчить про нор-
мальний (симетричний) закон розподілу;
б) точки розташовані у вигляді кривої, яка
спрямляється на логарифмічній шкалі, що свід-
чить про логнормальний закон розподілу;
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геологія
85
в) крива має увігнуто-випуклу форму, яка ха-
рактеризує складний характер розподілу для не-
однорідних умов формування режиму підземних
вод у роки високої і низької водності або змінених
умов формування режиму внаслідок його пору-
шення [Ковалевський, 1986].
Як правило, криві розподілу значень парамет-
рів рівневого режиму для окремої свердловини
найчастіше бувають однаковими з деякою тенден-
цією до збільшення кількості асиметричних кри-
вих розподілу для максимальних весняних рівнів
порівняно із середньорічними і мінімальними рів-
нями. Побудовані гістограми для річних амплітуд,
як правило, свідчать про їхню підпорядкованість
законам розподілу, що містять експоненту, най-
імовірніше – логнормальному. Причому ця зако-
номірність є доволі стійкою, оскільки підтверджу-
ється фактично для усіх розглянутих свердловин.
а
б
в
Рис. 1. Автокореляційні функції
та періодограми часових рядів спостережень
за рівнем підземних вод в окремих
гідрогеологічних свердловинах, для яких:
а – характерна чітко виражена
12-місячна сезонність; б – сезонна компонента
проявляється у вигляді статистично
незначущих тенденцій; в – сезонні
коливання не простежуються
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геодинаміка 1(10)/2011
86
а
б
Рис. 2. Приклади середньобагаторічних кривих сезонної мінливості рівнів підземних вод
в окремих гідрогеологічних свердловинах Дніпропетровської області:
а – безнапірні води верхньочетвертинного алювiального водоносного горизонту;
б – напірні води юрського теригенно-карбонатного водоносного горизонту
Результати графічного аналізу підтверджують-
ся визначенням законів розподілу характеристик
рівневого режиму і чинників його формування за
допомогою критерію Колмогорова-Смірнова, який
рекомендується літературою, коли вибірка даних
має значний обсяг, а ймовірний теоретичний закон
розподілу не обов’язково повинен бути нормаль-
ним [Смирнов, 1959]. Розраховується так звана D-
статистика для кількох законів, яким може відпо-
відати вибірка, а також критичне значення D-
статистики, розраховане відповідно до обсягу
вибірки. Теоретичний закон розподілу прийма-
ється для досліджуваної вибірки, якщо значення
D-статистики менше від критичного. У зв’язку з
обмеженим обсягом вибірок розрахованих пара-
метрів багаторічної мінливості положення рівнів і
режимоутворювальних чинників для перевірки
нормальності законів їх розподілу додатково був
застосований жорсткіший статистичний критерій
χ2. Узагальнені результати статистичного аналізу
значень середньорічних, максимальних і мінімаль-
них положень рівня, наведені в табл. 1, свідчать
про високу ймовірність відповідності їх законів
розподілу нормальному, а річних амплітуд –
логнормальному теоретичному закону. Відповід-
ність емпіричного розподілу річних амплітуд
теоретичному логнормальному закону поясню-
ється залежністю їх величин як від первинних, так
і від вторинних ознак – чинників і умов форму-
вання режиму. Істотне відхилення сукупності
значень характеристик режиму рівнів від нормаль-
ного закону розподілу, наявність мультимодаль-
них розподілів, що спостерігаються для деяких
свердловин, однозначно свідчать про неоднорід-
ність часового ряду, а отже, й про ймовірну зміну
умов формування гідрогеологічного режиму.
Підпорядкованість розглянутих параметрів за-
конам розподілу, прийнятим у геології, свідчить
про формування режиму рівнів підземних вод під
впливом комплексу зовнішніх чинників, що,
своєю чергою, зумовлює необхідність вивчення та
врахування особливостей їх багаторічної мінли-
вості під час складання довгострокових гідрогео-
логічних прогнозів.
Основними чинниками, що формують режим
рівнів підземних вод і повинні враховуватись під
час його вивчення та прогнозування, є кліматичні
(метеорологічні), насамперед атмосферні опади і
температура повітря. Аналіз попередніх дослід-
жень багаторічної мінливості рівнів підземних вод
[Коноплянцев, Семенов, 1974; Ковалевський,
1976; Рубан, Шинкаревський, 2005] свідчить про
доцільність першочергово розглядати такі основні
характеристики метеорологічних режимоутворю-
вальних чинників: річну кількість опадів, кількість
опадів холодного періоду (листопад – лютий),
середньорічні температури повітря, середні літні
температури повітря. Саме ці параметри дають
змогу кількісно охарактеризувати комплексний
вплив чинників, які визначають величину жив-
лення підземних вод у кожному окремо взятому
році. Зміни метеорологічних чинників, які мають
безпосередній вплив на коливання рівнів підзем-
них вод, значною мірою зумовлені впливом
космогенних чинників і насамперед – змінами
сонячної активності. Своєю чергою, наявність за-
кономірного зв’язку багаторічних коливань рівнів
підземних вод зі змінами сонячної активності
відмічали багато дослідників [Коноплянцев,
Семенов, 1974; Ковалевський, 1976;]. Гідрологічні
чинники формування режиму виділяють в окрему
групу, що пов’язано із специфікою їхнього
впливу. Режим поверхневих вод, своєю чергою,
також визначається кліматичними чинниками,
вплив яких передається на підземні води. Ступінь
впливу гідрологічних чинників залежить від
геологічної будови та гідрогеологічних умов тери-
торії. Особливо тісно зв’язок мінливості рівнів
підземних і поверхневих вод проявляється у
прибережних зонах. Серед геологічних чинників,
ефект яких може бути зафіксований спостережен-
нями, насамперед слід назвати землетруси. Вплив
землетрусів на режим підземних вод, як правило, є
епізодичним, і найчастіше проявляється у різких
змінах рівня напірних вод. Проте сейсмічна
діяльність земної кори інколи може спричи-
нити істотні зміни умов формування підземних
вод, пов’язані зі зміною площ підземних водо-
збірних басейнів [Гавич и др., 1983]. Отже, дані
режиму підземних вод можуть слугувати та-
кож основою для прогнозування землетрусів
[Копылова, 2008].
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геологія
87
а
б
в
Рис. 3. Характерні гістограми розподілів
ймовірностей і графіки забезпеченості
середньорічних рівнів підземних вод
у гідрогеологічних свердловинах:
а – № 24200015; б – № 24403707;
в – № 242004353 території
Дніпропетровської області
У цьому дослідженні виконано статистичний
аналіз результатів режимних спостережень за
даними шести метео- і п’яти гідропостів терито-
рії Дніпропетровської області. Крім того, були
проаналізовані дані щодо сумарної річної
енергії землетрусів, зафіксованих у найближчій
сейсмоактивній зоні – в Криму (на сейсмостан-
ції “Ялта”), а також інформацію про багаторіч-
ні зміни сонячної активності, вираженої у чис-
лах Вольфа. Зазначимо, що ці дані є загаль-
нодоступними і не потребують проведення
фахових досліджень.
На рис. 4 показано гістограми фактичних роз-
поділів ймовірностей числових характеристик ре-
жимоутворювальних чинників і графіки їхніх
теоретичних аналогів. Визначення законів розпо-
ділу аналогічно, як і для характеристик рівневого
режиму, проводилось за допомогою критеріїв
Колмогорова–Смірнова та χ2.
Статистичний аналіз даних багаторічних спосте-
режень за змінами усіх метеорологічних чинників по
усіх метеопостах Дніпропетровської області виявив
високу відповідність їх фактичних законів розподілу
теоретичному нормальному закону розподілу.
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геодинаміка 1(10)/2011
88
Таблиця 1
Результати ідентифікації законів розподілу параметрів режиму рівня підземних вод
для спостережуваних свердловин Дніпропетровської області (рівень значущості α=0,05)
№
з/п
Номер
свердловини
Кількість
років
спостережень
Cередньорічні
положення рівня
Річні
максимальні
положення рівня
Річні мінімальні
положення рівня
Річні амплітуди
нормальний Вейбула гамма Вейбула
1 242004360
35 Вейбула екстремальний нормальний нормальний
логнормальний логнормальний екстремальний нормальний
2 242004353
24 нормальний нормальний нормальний екстремальний
екстремальний гамма екстремальний екстремальний
3 246033719
28 нормальний нормальний нормальний логнормальний
екстремальний екстремальний екстремальний логнормальний
4 242004349
27 логнормальний гамма гамма Вейбула
нормальний нормальний нормальний логнормальний
5 242000015
40 логнормальний Вейбула гамма екстремальний
екстремальний екстремальний гамма Вейбула
6 242008525
29 нормальний нормальний нормальний нормальний
нормальний нормальний екстремальний нормальний
7 242001482
53
гамма гамма експоненціальний Вейбула
нормальний Вейбула нормальний екстремальний
8 242008775
32 гамма нормальний гамма нормальний
нормальний нормальний логнормальний екстремальний
9 242004329
34 екстремальний гамма нормальний гамма
нормальний нормальний нормальний логнормальний
10 242004347
30
гамма екстремальний гамма екстремальний
нормальний гамма логнормальний Вейбула
11 242002926
37
Вейбула логнормальний нормальний гамма
нормальний Вейбула нормальний логнормальний
12 242004355
34
Вейбула нормальний гамма екстремальний
гамма Вейбула Вейбула екстремальний
13 242008759
28
нормальний нормальний нормальний гамма
нормальний Вейбула нормальний гамма
14 242007048
43
гамма гамма гамма екстремальний
гамма Вейбула нормальний логнормальний
15 242003710
21
нормальний нормальний гамма екстремальний
логнормальний логнормальний логнормальний екстремальний
16 242007821
28
екстремальний екстремальний нормальний логнормальний
Вейбула Вейбула Вейбула логнормальний
17 242003707
25
нормальний нормальний нормальний екстремальний
Розподіли характеристик космічних чинників
(числа Вольфа) підпорядковуються гамма-, а
гідрологічних (середньорічний стік) і геологічних
(сумарна річна енергія землетрусів) – логнор-
мальному теоретичному закону розподілу. Для
подальших досліджень необхідні лінійні перетво-
рення (процедура логарифмування) значень пара-
метрів середньорічного стоку, сумарної річної
енергії землетрусів і чисел Вольфа, закони розпо-
ділу яких містять експоненту.
Теоретичною основою часових регіональних
прогнозів є вчення про ритмічність природних
процесів. Для виявлення основних часових пе-
ріодів гармонічних коливань був проведений
аналіз часових рядів даних для усіх постів спо-
стережень за рівнями підземних вод та чинниками
формування їх режиму за допомогою автоко-
реляційних функцій і спектрального аналізу, уза-
гальнені результати яких наведені в табл. 2.
Результати аналізу свідчать про деяку неод-
норідність багаторічного режиму підземних вод у
спостережуваних свердловинах досліджуваної те-
риторії. Відсутність чітких ритмів коливань рівня
для окремих свердловин може бути спричинена
також недостатньою для їхнього аналізу тривалістю
рядів спостережень. Для окремих свердловин під час
аналізу автокорелограм чітко простежується наяв-
ність лінійних тенденцій. Тому надалі необхідні
додаткові дослідження для оцінки статистичної зна-
чущості трендів та можливості відновлення природ-
но зумовленої багаторічної мінливості положення
рівнів для окремих спостережних пунктів.
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геологія
89
Рис. 4. Гістограми фактичних розподілів
імовірностей і їхніх теоретичних аналогів
для абсолютних значень і натуральних
логарифмів числових характеристик
основних режимоутворювальних чинників
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геодинаміка 1(10)/2011
90
Таблиця 2
Встановлені періоди коливань для часових рядів спостережень за багаторічним рівневим
режимом підземних вод для свердловин Дніпропетровської області
Тривалість періодів, роки
№
з/п
Номер
свердловини середньорічні
положення рівня
річні
максимальні
положення рівня
річні мінімальні
положення рівня
річні амплітуди
1 242004360 6, 8-9, 16-17 3, 9, 18 6, 9, 18 3, 9, 18
2 242004353 9-10 10-11 5, 11, 16 4, 11
3 246033719 7-8, 19 3, 7-8, 19 4, 7-8, 19 3, 5, 8, 19
4 242004349 3-4, 18 3-4, 9, 18 3-4, 9, 18 4, 7-8, 18
5 242000015
4-5, 10-11, 18-20,
23
3-4, 11, 23 7-8, 11, 23 4, 9, 22
6 242008525 4-5, 10-11, 18-20 3-4, 11, 23 3-4, 9-10, 19 3-4, 9-11
7 242001482 3, 5, 10, 19 3, 5, 9, 19 3-4, 7-8, 11 3, 9, 18
8 242008775 10, 20 4, 8-9, 20 4, 5-6, 8, 20 3, 6-7, 10
9 242004329 4, 18 3, 9, 18 4, 18 3, 9
10 242004347 9, 16-18 3, 9, 18 9, 11, 18 2, 9 ,18
11 242002926 7, 18-19 4, 6, 19 3, 9-10, 19 4, 9-10, 19
12 242004355 3, 8-9, 18 3, 4, 9, 18 3, 6, 9 3, 4, 6, 18
13 242008759 4, 8, 20 4, 13 4, 21 4, 8, 13
14 242007048 3-4, 11 3, 6-7, 9, 16 3, 7-8, 11, 23 3-4, 9
15 242003710 9 3-4, 9 3-5, 11 3, 11
16 242007821 4, 14 4, 14 4, 14 4-5, 13
17 242003707 4, 7, 11, 18 4, 9, 18 3-4, 7-8, 19 3, 5, 13
Періодограмний і автокореляційний аналіз рядів
спостережень свідчить про наявність 3–4-, 5–7-, 9–
13- і 18–19-річних циклів фактично для усіх сверд-
ловин. Можливості довгострокового прогнозування
багато в чому залежать від наявності встановлених
зв’язків із режимоутворювальними чинниками,
виявлення генетичної природи коливань і, природно,
від можливості отримання прогнозів відповідних
чинників. Тому з метою виявлення аналогічних
циклів періодограмний і автокореляційний аналіз
був проведений для часових рядів досліджуваних
режимоутворювальних чинників. Результати ана-
лізу, наведені в табл. 3, підтверджують наявність
ритмічності, подібної до основних закономірностей,
встановлених для часових рядів рівнів підземних вод
(2–3, 5–6, 9–13 і 17–19 років).
Багаторічні циклічні коливання рівнів підзем-
них вод не мають чіткої періодичності в часі.
Нерівномірність циклів у коливаннях рівнів під-
земних вод зумовлена інтерференцією різних за
тривалістю і фазами коливань режимоутворюваль-
них чинників, багаторічна мінливість яких, своєю
чергою, не є чітко періодичною. Усе це ускладнює
прогнозування режиму підземних вод, особливо в
періоди, близькі до екстремальних значень рівнів.
Проте виявлені закономірності багаторічних коли-
вань рівнів підземних вод можуть допомогти намі-
тити основні періоди переломів і оцінити тенден-
ції подальшої мінливості підземних вод.
Наступним важливим кроком досліджень є ви-
явлення взаємозв’язку та взаємозумовленості па-
раметрів рівневого режиму. Для виконання цього
завдання був виконаний парний кореляційний ана-
ліз характерних параметрів режиму рівнів підзем-
них вод окремо для кожного спостережного пун-
кту. Отримані результати підтверджують наяв-
ність функціонального зв’язку (R=0,86-0,96) для
таких характеристик: “середньорічний рівень –
максимальний річний рівень” і “середньорічний
рівень – мінімальний річний рівень” для пере-
важної більшості свердловин. Значущий зв’язок не
спостерігається для окремих спостережних пунктів
і є характерною ознакою ймовірного техногенного
порушення. Залежність максимальних і мінімаль-
них річних рівнів є менш тісною (R=0,4–0,6).
Найменш значущим зв’язком із іншими пара-
метрами рівневого режиму характеризуються річ-
ні амплітуди. Від’ємна статистично значуща коре-
ляція (α=0,05) відмічається тільки для річних ам-
плітуд і середньорічних рівнів окремих свердло-
вин (R≤0,4). Отримані за допомогою кореляцій-
ного аналізу закономірності підтверджуються ре-
зультатами кластерного аналізу (рис. 5).
Відсутність тісного зв’язку між річними амплі-
тудами коливань рівнів підземних вод та іншими
характеристиками динамічного режиму, а також
відмінність законів розподілу для їхніх значень зу-
мовлена тим, що амплітуди формуються не тільки
під впливом часових режимоутворювальних чин-
ників, але й значною мірою зумовлюються постій-
ними (просторовими) умовами формування режи-
му, зокрема ступенем ізольованості водоносного
горизонту від земної поверхні, літологічним скла-
дом водовмісних порід, типом рельєфу, рівнем
зволоженості території, а також типом і ступенем
техногенного навантаження [Ковалевський, 1976].
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геологія
91
Таблиця 3
Встановлені періоди коливань часових рядів чинників формування режиму рівнів підземних вод
для території Дніпропетровської області
№
з/п
Числові характеристики
чинників формування
режиму
Спостережний пункт Тривалість періодів, роки
Метеорологічні чинники
Губініха 3, 8-9, 19
Дніпропетровськ 3, 5-6, 8-9, 17
Комісарівка 3, 5, 9-10, 22
Кривий ріг 3, 5, 9-10
Павлоград 3, 5, 9-10, 22
Річна кількість
опадів, мм
Чаплине 3, 5-6, 9, 16
Губініха 3, 5, 9-10
Дніпропетровськ 3, 5, 7-8, 17
Комісарівка 3, 5, 8-9, 19
Кривий ріг 3, 9-10, 16
Павлоград 3, 5, 6, 10, 16
Кількість опадів
холодного періоду
(листопад-лютий), мм
Чаплине 3, 5, 7-8
Губініха 3, 8-9
Дніпропетровськ 3, 5, 8-9, 10, 20
Комісарівка 3, 5, 9-10
Кривий ріг 3, 5, 8-9
Павлоград 3, 5, 8, 9-10
Середньорічна
температура повітря,
С
Чаплине 3, 5,8-9
Губініха 3-4, 8-9
Дніпропетровськ 3, 5, 8-9, 17
Комісарівка 3, 5, 9-10
Кривий ріг 3, 5, 9-10
Павлоград 3, 5, 9
1
Осереднені літні
температури повітря,
С
Чаплине 3, 5, 9-10
Гідрологічні чинники
80473 (р.Оріль) 3-4, 9, 18
80483 (р.Самара) 3, 10
80505 (р. Вовча) 3, 11, 19
80568 (р.Інгулець) 3, 8-9
80571 (р.Інгулець) 2, 3-4, 8-9
2 Середньорічний стік,
м3/с
80522 (р. Мала Тирса) 2-3, 7-8
Геологічні чинники
3 Сумарна річна
енергія землетрусів,
106 Дж
Ялта 3, 5, 9,17
Космічні чинники
4
Число Вольфа
Результати, представлені
Національним центром
геофізичних даних (США)
9-13
Висновки
Розглянуті у роботі числові характеристики ба-
гаторічної мінливості положення рівнів підземних
вод та режимоутворювальних чинників є прийнят-
ними для оцінки і прогнозування динамічного
режиму підземних вод на ймовірнісному рівні,
оскільки підпорядковуються загальноприйнятим
класичним законам розподілу.
Проведений аналіз часових рядів вихідних да-
них свідчить про наявність тенденції до періодич-
ності коливань рівнів підземних вод в окремих
свердловинах та кількісних характеристик метео-
рологічних, гідрологічних, геологічних і космо-
генних чинників формування гідрогеологічного
режиму. Деякі періоди (2–3 роки, 5–6 років, 9–13
(в середньому 11) років, 17–19 років) присутні
фактично в усіх розглянутих часових рядах.
Наявність синхронно-зміщеної ритмічності у
рядах рівнів і режимоутворювальних чинників дає
можливість довгострокового прогнозування режиму
рівнів підземних вод, використання даних про
гідрогеодинамічний режим території під час вирі-
шення проблем оцінки та прогнозу ймовірності роз-
витку і активізації геодинамічних процесів.
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геодинаміка 1(10)/2011
92
Рис. 5. Дендрограма зв’язків
між параметрами багаторічного рівневого
режиму для свердловини № 242004355
Для багаторічної мінливості рівнів підземних
вод в окремих свердловинах території Дніпро-
петровської області простежуються ознаки, не ха-
рактерні для природного режиму (відсутність се-
зонних коливань рівня, помітні лінійні багаторічні
тенденції зміни рівня підземних вод, мульти-
модальні закони розподілу параметрів рівневого
режиму), які можуть свідчити про техногенне
порушення гідрогеодинамічного режиму. Тому є
доцільною оцінка відповідності багаторічної мін-
ливості рівня існуючим критеріям природності
режиму та вибір репрезентативних пунктів для
подальшого вивчення та прогнозування природ-
ного гідрогеодинамічного режиму.
Наявність істотного зв’язку між значеннями
середньорічних рівнів підземних вод та іншими
параметрами рівневого режиму дає змогу під час
подальших досліджень розглядати тільки часові
ряди середньорічних рівнів підземних вод як
найзагальнішу характеристику водності кожного
окремого року.
Перспективи використання наведених резуль-
татів досліджень полягають у розробленні систе-
ми довгострокового прогнозування режиму коли-
вань рівнів підземних вод, що ґрунтується на
врахуванні комплексної дії режимоутворювальних
чинників і теорії циклічності геологічних проце-
сів, з подальшим уточненням схем гідрогеоло-
гічного районування території України, а також
підвищенням вірогідності довгострокових прогно-
зів розвитку та активізації небезпечних геодина-
мічних процесів.
Література
Лущик А.В., Швырло Н.И., Петренко С.Л., Яков-
лев Е.А. Гидрогеологические показатели изме-
нения инженерно-сейсмогеологических усло-
вий в сейсмоактивных регионах Украины и
пути совершенствования их изучения для про-
гноза // Геодинамические исследования в
Украине. – К.: ИГФ НАНУ. – 1995. – С. 51–54.
Кузьменко Е.Д., Чепурний І.В., Козак П.І. Довго-
строковий часовий прогноз розвитку карсту на
Передкарпатті // Геоінформатика. – 2008. –
№ 3. – С. 78–85.
Кузьменко Э.Д., Крыжанивский Е.И., Карпен-
ко А.Н., Журавель А.М. Закономерная связь
между величинами вероятностей возникнове-
ния оползневой опасности при комплексном
воздействии природно-техногенных факторов.
Научное открытие. Диплом № 310 // Научные
открытия: Сборник кратких описаний научных
открытий, научных идей, научных гипотез-
2006.– М.: МААНОИ, 2007. – С. 64–65.
Ковалевский В.С. Исследования режима подзем-
ных вод в связи с их эксплуатацией – М.:
Недра, 1986. – 198 с.
Ковалевский В.С. Многолетняя изменчивость ре-
сурсов подземных вод – М.: Наука, 1983. – 205 с.
Ковалевский В.С. Условия формирования и про-
гнозы естественного режима подземных вод –
М.: Недра, 1976. – 152 с.
Коноплянцев А.А. Семенов С.К. Прогноз и кар-
тирование режима грунтовых вод – М.: Недра,
1974. – 216 с.
Копылова Г.Н. О связи режима подземных вод
с сейсмичностью и деформациями земной
коры на стадиях подготовки сильных земле-
трясений // Разведка и охрана недр. – 2008. –
№ 7. – С. 37–45.
Основы гидрогеологии. Гидрогеодинамика / Га-
вич И.К., Ковалевский В.С., Язвин Л.С. и др. –
Новосибирск: Наука, 1983. – 241 с.
Климчук А.Б. Особенности и проблемы гидрогео-
логии карста: спелеогенетический подход //
Спелеология и карстология. – 2008. – № 1. –
С. 23–46.
Логинов О.А., Сарычева Л.В. Прогнозирование
уровня грунтовых вод с применением клеточных
автоматов – УСиМ. – 2009. – № 1. – С. 86–92.
Рубан С.А. Шинкаревський М.А. Гідрогеологічні
оцінки та прогнози режиму підземних вод
України. – К.: УкрДГРІ, 2005. – 572 с
Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Краткий курс
математической статистики для технических
приложений – М.: Физматгиз, 1959. – 436 с.
Фесенко О.В. Інженерно-геологічні основи сей-
смічного мікрорайонування території м. Одеси:
Автореф. дис… канд. геол. наук. – К.: ІГН
НАНУ. – 2005. – 20 с.
Шестопалов В.М., Дробноход Н.И., Лялько В.И. и
др. Водообмен в гидрогеологических структу-
рах Украины. Водообмен в естественных
условиях. – К.: Наук. думка, 1989. – 284 с.
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
Геологія
93
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИНАМИКИ УРОВНЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ФАКТОРОВ
ИХ ФОРМИРОВАНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ТЕРРИТОРИИ ДНЕПРОПЕТРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Л.И. Давыбида, Э.Д. Кузьменко
Выполнен анализ результатов многолетних наблюдений за параметрами режима уровней
подземных вод и характеристиками космических, метеорологических, гидрологических и геодина-
мических факторов формирования режима подземных вод для территории Днепропетровской области.
Осуществлена оценка взаимосвязи параметров гидрогеодинамического режима. В рассмотренных
многолетних временных рядах выявлены основные ритмы колебаний как основа прогнозирования
режима подземных вод.
Ключевые слова: экзогенные геодинамические процессы; уровни подземных вод; режимообра-
зующие факторы; статистический анализ.
REGULARITIES OF SUBSURFACE WATERS’ LEVELS DYNAMICS
AND FACTORS OF ITS FORMING IN THE DNIPROPETROVSK REGIONS’ TERRITORY
L.I. Davybida, E.D. Kuzmenko
The analysis of long-term observations of the groundwaters’ levels and characteristics of space,
meteorological, hydrological and geodynamic factors shaping mode at the territory of Dnipropetrovsk region is
executed. The estimation of correlation parameters of hydrogeodynamic regime is carried out. In the investigated
many years’ time series the basic rhythms of oscillations are revealed which is the base of forecast of subsurface
waters’ mode.
Key words: exogenous geodynamic processes; subsurface waters’ levels; factors shaping mode; statis-
tical analysis.
Науково-дослідний інститут гідрогеології, інженерної геології
та екогеології, м. Івано-Франківськ
Надійшла 12.04.2011
Lviv Polytechnic National University Institutional Repository http://ena.lp.edu.ua
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60571 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1992-142X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:25:52Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Давибіда, Л.І. Кузьменко, Е.Д. 2014-04-16T17:01:47Z 2014-04-16T17:01:47Z 2011 Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області / Л.І. Давибіда, Е.Д. Кузьменко // Геодинаміка. — 2011. — № 1(10). — С. 83-93. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1992-142X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60571 556.332.52 Проаналізовані результати багаторічних спостережень за параметрами режиму рівнів підземних вод і характеристиками космічних, метеорологічних, гідрологічних і геодинамічних чинників формування режиму підземних вод для території Дніпропетровської області. Здійснено оцінку взаємозв’язку параметрів гідрогеодинамічного режиму. У розглянутих багаторічних часових рядах виявлено основні ритми коливань як основу прогнозування режиму підземних вод. Выполнен анализ результатов многолетних наблюдений за параметрами режима уровней
 подземных вод и характеристиками космических, метеорологических, гидрологических и геодинамических факторов формирования режима подземных вод для территории Днепропетровской области.
 Осуществлена оценка взаимосвязи параметров гидрогеодинамического режима. В рассмотренных
 многолетних временных рядах выявлены основные ритмы колебаний как основа прогнозирования режима подземных вод. The analysis of long-term observations of the groundwaters’ levels and characteristics of space, meteorological, hydrological and geodynamic factors shaping mode at the territory of Dnipropetrovsk region is
 executed. The estimation of correlation parameters of hydrogeodynamic regime is carried out. In the investigated many years’ time series the basic rhythms of oscillations are revealed which is the base of forecast of subsurface waters’ mode. uk Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геодинаміка Геологія Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області Закономерности динамики уровней подземных вод и факторов их формирования в пределах территории Днепропетровской области Regularities of subsurface waters’ levels dynamics and factors of its forming in the Dnipropetrovsk regions’ territory Article published earlier |
| spellingShingle | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області Давибіда, Л.І. Кузьменко, Е.Д. Геологія |
| title | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області |
| title_alt | Закономерности динамики уровней подземных вод и факторов их формирования в пределах территории Днепропетровской области Regularities of subsurface waters’ levels dynamics and factors of its forming in the Dnipropetrovsk regions’ territory |
| title_full | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області |
| title_fullStr | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області |
| title_full_unstemmed | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області |
| title_short | Закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території Дніпропетровської області |
| title_sort | закономірності динаміки рівнів підземних вод і чинників їх формування у межах території дніпропетровської області |
| topic | Геологія |
| topic_facet | Геологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60571 |
| work_keys_str_mv | AT davibídalí zakonomírnostídinamíkirívnívpídzemnihvodíčinnikívíhformuvannâumežahteritoríídnípropetrovsʹkoíoblastí AT kuzʹmenkoed zakonomírnostídinamíkirívnívpídzemnihvodíčinnikívíhformuvannâumežahteritoríídnípropetrovsʹkoíoblastí AT davibídalí zakonomernostidinamikiurovneipodzemnyhvodifaktorovihformirovaniâvpredelahterritoriidnepropetrovskoioblasti AT kuzʹmenkoed zakonomernostidinamikiurovneipodzemnyhvodifaktorovihformirovaniâvpredelahterritoriidnepropetrovskoioblasti AT davibídalí regularitiesofsubsurfacewaterslevelsdynamicsandfactorsofitsforminginthednipropetrovskregionsterritory AT kuzʹmenkoed regularitiesofsubsurfacewaterslevelsdynamicsandfactorsofitsforminginthednipropetrovskregionsterritory |