Формирование гидрологического режима водосборов малых равнинных рек (05.10.2009)

Автор: Ясинский Сергей Владимирович

– теплый период; - за год; - холодный период. Наоборот, определяющий вклад в изменения сумм годовых осадков оказали их изменения в теплый сезон. В межзональном взаимодействии изменения средних многолетних осадков в каждой природной зоне не зависят от их изменений в других зонах и, наоборот, изменения средней годовой и за холодный сезон температуры воздуха с севера на юг в одной природной зоне, оказывают существенное влияние на их изменения в других природных зонах. Однако, в связи с тем, что запаздывание начала наступления фазы устойчивого повышения средних годовых осадков произошло в среднем на 12 лет и средней годовой температуры воздуха на 18 лет позже в лесостепной и степной зонах по отношению к южной части лесной зоны, можно считать, что в многолетних колебаниях показателей климата определяющую роль в целом играет их внутри зональная изменчивость и значительно меньшую – их межзональное взаимодействие.

4.4 Многолетняя изменчивость показателей регионального климата по данным

опорных метеостанций

Анализ статистических параметров рядов средних годовых, за теплый и холодный сезоны года показателей регионального климата, а также их однородности для опорных метеостанций позволил установить следующие закономерности их многолетних изменений. Для всех метеостанций с большой уверенностью диагностируется существенное изменение региональных климатических условий после конца 70 – ых годов прошлого века: статистически значимо возросли средние годовые и за остальные сезоны года осадки (вероятность превышения наблюденной величины t -критерия от 1,4 до 3,0%). Наибольшее абсолютное и относительное увеличение средних годовых сумм осадков отмечается для м /c Волгоград – СХИ – на 85 мм или на 26,2%. Для м/с Новый Иерусалим и Нижнедевицкой БВС рост средних годовых сумм осадков сопоставим между собой: на 63,1 мм (11%) и на 67 мм (12,5%), соответственно.

Увеличение атмосферных осадков сопровождалось статистически значимым повышением температуры воздуха. С высокой вероятностью превышения наблюденной величины t -критерия от 0,2 до 3,5% диагностируется увеличение среднегодовой и за холодный сезон температура воздуха (на 0,70С и 0,90С, по м /c Новый Иерусалим, на 10С и 1,90С по м/с остальных ВБС), соответственно. С меньшей, но также с достаточно высокой статистической значимостью (вероятность превышения t - критерия от 3,5 до 30%) повысилась температура воздуха в теплый сезон на 0,1 – 0,40С на метеостанциях, расположенных во всех природных зонах

4.5 Влияние региональных колебаний характеристик климата на многолетнюю изменчивость факторов гидротермического состояния малых водосборов на начало снеготаяния и ПВСС

Факторы гидротермического состояния водосборов на начало снеготаяния (максимальные снегозапасы, глубина промерзания и влажность почвы) достаточно быстро реагирует на региональные изменения показателей климата. Совместный анализ разностно – интегральных кривых (РИК) показателей климата и факторов гидротермического состояния малых водосборов в лесостепной и степной зонах показал, что период увеличения снегозапасов и глубины промерзания почвы (до 1980 г на стоковых площадках ВНИАЛМИ и до 1988 г для лога «Малютка») практически полностью соответствует периодам понижения среднегодовых и за холодный сезон осадков и температуры воздуха. Увеличение температуры воздуха в холодный сезон, начиная с 1969 г в степной зоне и с 1988 г - в лесостепи, привело к увеличению числа и продолжительности оттепелей и сокращению длительности зимнего сезона. В этой связи, несмотря на продолжающийся рост осадков, началась фаза одновременного уменьшения величины максимальных снегозапасов и глубины промерзания почвы на начало снеготаяния.

Результатом изменений этих показателей гидротермического состояния водосборов явилось увеличение влажности почвы к началу и снижение ПВСС непосредственно в сам период снеготаяния. В работе приведены данные о фактических величинах и статистической значимости (вероятность превышения t -критерия от 2.2 до 2.3 %) изменений показателей гидротермического состояния водосборов и ПВСС (рис. 3)

Показано, что общая тенденция снижения ПВСС на водосборе «Малютка» была прервана в 1985г из – за наступления аномально благоприятных условий для его формирования в 1985 - 1987 и особенно в 1996 годах, не наблюдавшихся здесь за весь многолетний период. Сделан вывод о том, что факторы гидротермического состояния водосборов практически одновременно реагируют на изменения, прежде всего, температуры воздуха в холодный сезон.

4.6 Реакция годового речного стока малых равнинных рек на колебания показателей регионального климата и хозяйственной деятельности

Многолетние колебания речного стока, в большей степени, чем ПВСС обусловлены не только климатической изменчивостью, но различиями в геологическом строении, рельефе, почве и других физико-географических характеристик водосборов в этих природных зонах, влияющих на процесс трансформации осадков в речной сток.

?(Ki-1)

Рис. 3. Динамика ПВСС на опорных ВБС за многолетний период .

Малая Истра: - поле; - лес. Нижнедевицк - лог Малютка.

Волгоград: - светло-каштановые почвы – зябь; - светло-каштановые почвы – уплотненные.

При этом хозяйственная деятельность на водосборах и в речной сети может в значительной мере как усиливать, так и компенсировать влияние климатических изменений на годовой и весенний речной сток.

В работе приведены примеры совместного влияния изменений характеристик климата и хозяйственной деятельности на изменение годового и весеннего стока рек в разных природных зонах. На рис. 4 показаны совмещенные РИК средних годовых температуры воздуха (в отклонениях от среднего), осадков и годового стока малых рек, протекающих в зоне распространения данных опорных БВС и метеостанций.

- средняя годовая температура воздуха (в отклонениях от среднего); - средние годовые осадки; - средний годовой речной сток. а) – южная часть лесной зоны; б) – лесостепная зона; в) – степная зона.

Из них видно, что колебания годового речного стока малых рек, протекающих в разных природных зонах, различны. Проведен сравнительный анализ этих изменений в маловодный и многоводный по осадкам периоды и показано, что неоднородная реакция речного стока этих рек в разных природных зонах Русской равнины на многолетние колебания характеристик климата обусловлена следующими основными причинами: 1- различиями в условиях увлажнения территорий этих зон; 2 – различиями в залесенности водосборов и в мощности зоны аэрации от поверхности до подземных водоносных горизонтов, дренирующихся речными долинами; 3 - хозяйственной деятельностью человека. В маловодную по осадкам фазу во всех природных зонах основное питание рек осуществляется за счет ПВСС. В южной части лесной зоны лесной и лесостепной зонах наличие лесов приводит к уменьшению его общего объема, который мог бы сформироваться при их отсутствии. В степной зоне, наоборот, отсутствие лесов приводит к тому, что весь объем ПВСС, формирующийся на склонах, практически полностью стекает в малые реки.

В многоводную по осадкам фазу в результате повышения средней годовой и за холодный сезон температуры воздуха происходит перестройка структуры водного баланса малых водосборов. Она заключается в том, что значительная часть аккумулированных за зиму в снеге осадков расходуется уже не на ПВСС, а идет на пополнение почвенных и подземных вод. За счет эффекта запаздывания, вызванного увеличением времени дренирования талых и дождевых вод, формирующихся на водосборе, реакция годового речного стока наступает не одновременно с началом наступления изменений показателей климата, а с определенным временным запаздыванием. Для южной части лесной и лесостепной зонах время запаздывания составило 6-8 лет. В степной зоне отсутствием лесов и большой мощностью зоны аэрации обусловлена асинхронность речного стока по отношению к другим природным зонам, а влияние климатических изменений на годовой речной сток происходит с большой задержкой. В многоводный по осадкам период происходит медленное накопление подземных вод и снижение речного стока, в маловодный по осадкам период – их сработка и увеличение речного стока. В связи с тем, что многоводный по осадкам период продолжается до настоящего времени, сделан вывод о том, что реакция речного стока на многолетние изменения климата в этой природной зоне составляет 25 и более лет. В работе приведены примеры того, как хозяйственная деятельность на водосборах могут увеличивать или уменьшать время реакции годового речного стока на изменения показателей регионального климата.

4.7 Влияние колебаний климата и хозяйственной деятельности на ПВСС и весенний речной сток

Проведен анализ совмещенных РИК средних годовых величин ПВСС на водобалансовых объектах с разным видом подстилающей поверхности (зябь и уплотненная почва) для нескольких БВС, расположенных в рассматриваемых природных зонах и весеннего речного стока малых рек, протекающих вблизи этих стационаров [С.В.Ясинский, Е.А.Кашутина, 2008]. Показано, что влияние хозяйственной деятельности в руслах этих рек на весенний речной сток значительно превосходит влияние колебаний характеристик климата в этот сезон, в то время как синхронность этих колебаний с ПВСС, независимо от вида подстилающей поверхности во всех природных зонах, свидетельствует о преобладающем их влияние на формирование этого процесса на водосборах малых равнинных рек.

Глава 5. Геоэкологический анализ антропогенных воздействий на водосборы малых равнинных рек

????$?ольшим числом разнообразных источников антропогенного загрязнения, а также недостатком и неполнотой информации о мощности и интенсивности каждого из них. В значительной мере преодоление этих трудностей возможно при применении геоэкологического анализа (ГЭА). Дан обзор современных представлений о сущности ГЭА, на основе которого показано, что ГЭА представляет собой междисциплинарный вид деятельности, направленный на агрегирование разнообразной и разнородной информации о природных условиях и антропогенных воздействиях в достаточно целостную объективную картину, отражающую остроту экологической ситуации на рассматриваемой территории (водосборе). В то же время методика проведения такого геоэкологического анализа, применительно к водосборам водных объектов в полной мере не разработана. В работе приводится вариант такой методики, разработанной на примере бассейна р. Истры [С.В.Ясинский,2000;2003].

5.1 Методика геоэкологического анализа антропогенных воздействий на малые равнинные водосборы (на примере бассейна р. Истры)

Методика основана на построении матрицы антропогенных нагрузок на водосборы малых рек бассейна р. Истры и геоэкологическом (комплексном) районировании его территории по преобладающим источникам антропогенных воздействий и по степени экологической опасности. В работе приведен алгоритм действий по реализации данной методики. Водосборы малых рек в бассейне р. Истры выделялись по топографической карте масштаба М.1:100000 путем оконтуривания границ их водосборов и русловой гидрографической сети. В результате весь бассейн основной р. Истры был дифференцирован на 16 водосборов ее притоков и зону взаимовлияния Истринского водохранилища (подробнее об этом понятии будет сказано ниже).

Для каждого из водосборов по данным на 1995 г. была определена антропогенная нагрузка от разных видов источников загрязнения – промышленности и ЖКХ, сельского хозяйства, рекреации и селитебных территорий. Кроме того, для каждого водосбора получена оценка его залесенности (в %), которая рассматривается как природный фактор, способный в определенной степени компенсировать антропогенные нагрузки.

В работе дана детальная характеристика методов количественной оценки антропогенной нагрузки от рассматриваемых источников загрязнения. Отметим только, что для промышленности она оценивалась по величине объема сточных вод; сельского хозяйства – по объему выхода твердых и жидких отходов и содержащегося в них действующего вещества (NPK) в животноводстве; селитебных территорий и рекреации – по содержанию биогенных элементов(БЭ - NPK) в хозяйственно – бытовых сточных водах, поступающих в реки после прохождения очистных сооружений.

Информация об абсолютных и относительных (баллах) значениях показателей антропогенных нагрузок и залесенности для каждого частного водосбора сведена в матрицу (табл. 4). На основе матрицы антропогенных нагрузок и залесенности в рассматриваемом бассейне выделено 4 типа водосборов с преобладанием того или иного вида антропогенного воздействия (рис.5). Внутри типов все водосборы в зависимости от сочетания баллов антропогенной нагрузки и залесенности подразделяются на 12 классов, для каждого из которых получены балльные оценки экологической опасности (табл. 5).

По результатам двухэтапной (по типам преобладающих антропогенных нагрузок и сочетанию их видов) классификации водосборов выполнено районирование бассейна р. Истры по степени экологической опасности (рис. 6).

Таблица 4.

Матрица факторов антропогенных нагрузок и залесенности в бассейне р. Истры (1995 г.)

N Водосбор Воздейст-вие животноводства Воздействие селитебных территорий Рекреационная нагрузка Воздействие промышленности Природный фактор

Содержание в отходах животноводства NPK, т/год/баллы Содержание NPK в сточных водах сельских населенных пунктов, т/год/баллы Суммарное поступление загрязнений от объектов рекреации, кг/га год/баллы Объем сточных вод, млн. м3/год/ баллы Залесенность, %/баллы

1 Зона взаимовлияния Истринского вдхр. 15386/5 21.8/4 181/5 0,58/2 43/3

2 Р. Истра (без притоков). 653/3 66.7/5 99.7/3 6,73/4 48/3

3 Р.Малая Истра 834/3 29.5/4 102/3 10,0 /5 60/3

4 Р. Молодильня 193/1 3.3/1 99.5/3 0,83/2 35/2

5 Р. Маглуша 15056/5 85.9/5 118/4 4,0/4 65/4

6 Р. Нудоль 417/2 19.7/3 90.0/3 0,13/1 82/5


загрузка...