ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2014, № 6, с. 53-61
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ ==
УДК 556.51. (282.247.42)
ГЕОГРАФО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ОПАСНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В БАССЕЙНЕ РЕКИ УРАЛ
© 2014 г. Ж.Т. Сивохип, Ю.А. Падалко*
Институт степи УрО РАН, г. Оренбург Поступила в редакцию 20.05.2014 г.
В статье проведен анализ географо-гидрологических условий водосборной территории бассейна р. Урал как факторов опасных гидрологических явлений. Рассмотрена естественная внутригодо-вая изменчивость речного стока как ведущего фактора развития гидрологических экстремумов на реках степной зоны. В ходе оценки сезонной изменчивости речного стока выявлено снижение доли весеннего и увеличение меженного стока, особенно в зимний период. Проведен территориальный анализ опасных гидрологических явлений в бассейне р. Урал. В заключение обращается внимание не только на природную, но и на антропогенную обусловленность опасных гидрологических явлений в бассейне р. Урал.
Введение. Главной особенностью физико-географических условий водосборных территорий является пространственно-временное распределение зональных гидротермических факторов, определяющих внутригодовую изменчивость поверхностного и подземного стока. Максимальная изменчивость стоковых характеристик наблюдается в пределах крупных речных бассейнов со сложным геолого-геоморфологическим строением водосборных территорий и охватывающих различные природные зоны. В целом степная зона Северной Евразии, в пределах которой располагается значительная часть бассейна Урала, относится к достаточно устойчивой природной геосистеме, функциональные особенности которой зависят от зональных принципов распределения тепла и влаги. Тем не менее, в условиях континентально-сти климата и открытости степных ландшафтов, быстрая смена холодного сезона теплым (иногда в течение декады), приводит к проявлению такого опасного гидрологического явления, как весеннее половодье. Следует отметить, что для большинства рек Европейской России весеннее половодье является регулярно повторяющимся гидрологическим экстремумом, отражающим особенности естественной внутригодовой изменчивости вод-
* Статья подготовлена в рамках выполнения проекта РФФИ № 13-05-97028 "Разработка принципов интегрированного управления водными ресурсами трансграничного бассейна р. Урал".
ного режима. Вместе с тем, в отдельные годы весеннее половодье сопровождается катастрофическими последствиями - затоплением обширных участков поймы, разрушением и повреждением жилых построек, мостов, линий электропередач, изоляцией населенных пунктов и др. Так, начиная с 1743 г. (год образования г. Оренбурга), в пределах бассейна р. Урал отмечается более 20 случаев крупных наводнений (1749, 1854, 1922, 1942, 1957, 1993, 2000, 2005 гг. и др.).
Общеизвестно, что решающую роль в развитии высоких половодий играет комбинация действующих факторов - запас воды в снежном покрове, атмосферные осадки в период снеготаяния и половодья, увлажнение почвы, интенсивность снеготаяния и дружность половодья и др.
Физико-географическая характеристика и особенности водного режима бассейна р. Урал.
Для таких регулярно повторяемых опасных гидрологических явлений, как весеннее половодье, ключевое значение имеют зональные физико-географические особенности водосборных территорий. В первую очередь это относится к динамичным метеорологическим факторам, которые, действуя через почву, биоту, определяют возникновение и масштабы гидрологических экстремумов [8]. Кроме этого, важно учитывать определенные физико-географические условия водосборных территорий, в пределах которых формируется основной сток главной реки. Река
Урал относится к водотокам с транзитным стоком, активная зона водосбора лежит за пределами степной зоны - около 40% суммарного стока формируется в бассейне правого притока -р. Сакмара.
Территория бассейна р. Урал характеризуется резко континентальными климатическими условиями, со значительной амплитудой колебаний годовых температур воздуха (34-38 °С) и неравномерным распределением осадков [2]. Максимальное количество осадков выпадает в северо-западных и северо-восточных районах (400-450 мм), а в южных и восточных - 250 мм. В связи с этим общее увлажнение исследуемой территории характеризуется значительной межгодовой изменчивостью, что отражается на показателях водности рек. Следует отметить, что в пределах верховий бассейна р. Урал (р. Сакмара с притоками) зональное распределение влаги нарушают южные отроги Уральских гор, в результате формируются районы повышенной водности, где модуль стока изменяется в широких пределах. Основной район повышенной водности представлен замкнутыми изолиниями модуля стока от 8 л/с км2 [1]. Значительно отличаются по объему стока притоки западных и восточных склонов южных отрогов Уральских гор - в западном направлении, к Общему Сырту, сток снижается до 2.5 л/с км2, а в восточном и южном - до 1-2 л/с км2. В то же время, верховья бассейнов р. Б. Ик, Сакмара располагаются между хребтами и поэтому они закрыты для непосредственного воздействия западных влагоносных воздушных масс, что вызывает значительную изменчивость выпадения осадков и резкое увеличение вариации годового стока притоков [1].
Согласно физико-географическому районированию, значительная часть территории бассейна р. Урал расположена в пределах Восточно-Европейской равнины и Уральской горной страны (рис. 1). К западу от главного ландшафтного рубежа, Предуральского краевого прогиба, преобладают холмисто-увалистые и равнинные ландшафты, а к востоку доминируют низкогорные и мелкосопочные ландшафты, сменяющиеся высокой пенепленизированной равниной.
В зависимости от физико-географической специфики водосборных участков в пределах бассейна р. Урал выделяют четыре основных гидрологических района [2]:
1. Северный горный лесостепной район - бассейны правых притоков р. Урал (р. Б. Ик, Сакмара до впадения р. Б. Ик и др.). Годовой модуль стока равен 3.5-6 л/ с км2.
2. Юго-западный, южный и центральный степной увалистый район с незначительным стоком (годовой модуль стока - 1.5-3 л/с км2). Район охватывает бассейн р. Урал в среднем течении.
3. Восточный южно-степной район, характеризующийся минимальным в бассейне стоком (годовой модуль стока - 0.5-1 л/с км2). Район охватывает верховья левых притоков р. Урал (р. Жарлы, Суундук, Кумак и др.).
4. Южный полупустынный и пустынный низменно-равнинный район с модулем стока 0.5 л/с км2. Охватывает нижнее течение реки с потерей транзитного стока 20%.
По характеру водного режима водотоки исследуемого бассейна относятся к рекам с весенним половодьем казахстанского типа, для которых характерна резкая и высокая волна половодья, а остальную часть года сток бывает очень мал, вплоть до полного пересыхания рек [4]. Кроме этого, водотоки бассейна характеризуются значительной межгодовой амплитудой показателей стока - в многоводный год общий сток р. Урал может быть в десятки раз больше, чем в маловодный. Например, в 1957 г. годовой расход реки составил 24 км3, а в 1967 г. - лишь 2.6 км3 [6]. Также существуют определенные различия в показателях обеспеченности максимальных расходов крупных рек бассейна (рис. 2).
Как отмечалось выше, опасные гидрологические явления на реках степной зоны наблюдаются преимущественно в весенний период и обусловливаются естественной внутригодовой изменчивостью речного стока (табл. 1). Определение внутригодовой изменчивости проводилось на основе сравнительного анализа объемов стока за два периода - с 1940 по 1961 г. и с 1990 по 2008 г.
V = О Т/П
" мес. >^ср. мес.
где Т - число секунд в месяце, п - период наблюдений (лет).
Согласно данным таблицы, в настоящее время в бассейне р. Урал наблюдаются определенные изменения в распределении водности по гидрологическим сезонам и прежде всего необходимо обратить внимание на снижение доли весеннего и увеличение меженного стока, особенно в зимний период. Уменьшение доли весеннего стока отражает современную эколого-гидрологическую обстановку рек Европейской России на фоне климатических изменений и интенсивной антропогенной деятельности в пределах водосборных территорий. Следует отметить, что значительные коррективы в увеличение доли меженного стока вносят зимние оттепели, повторяющиеся в исследуемом регионе в последнее время с регулярной
52°
49°
Рис. 1. Физико-географическое районирование бассейна р. Урал. а) р. Урал - г. Оренбург б) р. Сакмара - с. Каргала
частотой (рис. 3). В результате, основная часть сформировавшейся во время оттепелей воды расходуется на увеличение влажности деятельного слоя почвы, что создает благоприятные условия для инфильтрационного питания подземных вод и закономерному увеличению меженного стока многих рек [7].
Естественно, что уменьшение объема весеннего стока сопровождается снижением максимумов половодья и развитием более стабильной эколо-го-гидрологической ситуацией в поймах рек. Но в
связи с тем, что население, отвыкшее от весенних паводков, начинает стихийно осваивать пойменные участки, данная тенденция не снижает опасности проявления гидрологических максимумов в бассейне р. Урал.
Для бассейна р. Урал, как и для других рек степной зоны, основным источником влагозапасов является снеговое питание. Накопление осадков в виде снега определяет главные черты водного режима рек умеренного климата - наличие весеннего половодья и зимней межени [3]. Исследуемая
10 000 9000 8000 7000
О 6000
т5! 5000
« 4000 3000 2000 1000 0
♦
-- ««««««< ЙЙЯМИИ
20
40 60
Р, %
80
100
10 000 9000 8000 7000 ^ 6000 5000 О) 4000 3000 2000 1000 о
Л
%
Ж*......
ычшиии
20
40 60
Р,%
80
100
Рис. 2. Кривые обеспеченности максимальных расходов р. Урал и Сакмара.
территория относится к районам с устойчивым залеганием снежного покрова в течение 2.5-5 месяцев в году с наиболее интенсивным снегонакоплением в декабре-январе. Распределение сне-гозапасов соответствует широтной изменчивости количества зимних осадков, на интенсивность накопления снега влияют
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.