ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2010, № 1, с. 7-25
= ТЕОРИЯ И СОЦИАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ГЕОГРАФИИ
УДК 556
ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ ЯРУСНОСТЬ РАВНИННОЙ ТЕРРИТОРИИ*
© 2010 г. С.В. Долгов, Н.И. Коронкевич
Институт географии РАН Поступила в редакцию 15.04.2009 г.
Разработана концепция вертикальной гидрологической зональности равнинной территории. Внесены коррективы в систему уравнений водного и водносолевого баланса. Сформулированы представления о высотно-пространственной воднобалансовой структуре речного бассейна. На основе разработанной методики для лет различной водности и увлажненности построены электронные карты распределения по территории Европейской части России основных элементов водного баланса, соотношения и сопряженности между ними. Выявлены особенности гидрохимического функционирования элементов высотно-пространственного членения речных бассейнов.
Введение. Эффективность используемых в гидрологии методов расчета и прогноза во многом зависит от полноты знаний о гидрологических процессах, особенно формирования водного и связанного с ним вещественного баланса. Между тем в этих методах явно преобладают подходы, базирующиеся на небольшом числе интегральных для территории (речного бассейна) показателей. Особенно это относится к стоку, величина которого определяется по данным гидрологических станций и постов, замыкающих речные бассейны с весьма разнообразными условиями его формирования. Поэтому генезис как речного стока, так и вообще водообмена, а также вещественного обмена остается в значительной мере неизвестным, что во многом предопределяет гидрологические просчеты.
Одним из первых на это обращал внимание В.Г. Глушков [12, 13], выступивший с идеей географо-гидрологического метода, предполагающего дифференциацию гидрологических процессов и явлений в соответствии с ландшафтным устройством территории, речного бассейна. В развитие этой идеи выполнены исследования пространственной структуры составляющих водного баланса [2, 26, 32, 36]. Вместе с тем удалось осветить в гидрологическом отношении лишь небольшую часть ландшафтных выделов, к тому же по ограниченному числу элементов водного и вещественного балансов. Исследования выполне-
*Статья подготовлена при финансовой поддержке РФФИ (проект 09-05-00665) и программы № 11 фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН.
ны в основном для средних многолетних условий и при недостаточном внимании к многолетним колебаниям этих элементов.
Однако неоднородность территории в гидрологическом отношении выражается не только в пространстве, но и в вертикальном (высотно-глу-бинном) разрезе, учитывая большое разнообразие высотных надземных и подземных слоев, поясов, ярусов, даже в условиях равнинной территории, по-разному трансформирующих выпадающие атмосферные осадки и другие элементы водного баланса и соответственно меняющих вещественный состав вод. То есть можно говорить о гидрологической поясности даже равнинной территории. Ее целесообразно относить к числу наиболее важных аспектов физико-географической вертикальной структуры.
Трансформация осадков в другие элементы водного баланса позволяет полагать, что структура водного баланса в вертикальном разрезе - это по существу его элементная структура, а каждому высотному поясу присуще своеобразное соотношение элементов баланса, меняющееся к тому же в зависимости от конкретных природных условий и характера антропогенных воздействий.
В большинстве воднобалансовых расчетов оперируют тремя основными элементами - осадками, стоком, испарением. Но в составе каждого из них можно выделить весьма разнородные в генетическом отношении составляющие. Так, полный речной сток стали делить на поверхностную и подземную составляющие [9, 10, 20, 27, 32, 34]. В основном, однако, прояснены средние многолетние характеристики этих элементов водного
баланса. Много вопросов остается в соотношении поверхностной и подземной составляющих в годы разной водности, в оценке участия в их формировании различных ландшафтов и т.д. Кроме того, в ряде работ [4, 7, 24, 25 и др.] показано, что названные составляющие речного стока, в свою очередь, могут быть дифференцированы в соответствии с высотным ярусом и более четким генетическим происхождением. Так, расчленение гидрографов речного стока осуществляется по принципу динамизма его составляющих. Но существуют виды стока, например, сток верховодки, формирующиеся в почвах и грунтах, которые почти так же быстро, как и чисто поверхностный сток, достигают гидрографической сети, хотя в строго генетическом отношении ближе к подземному стоку. Также есть предложения и по дифференциации осадков и испарения.
Изучение вертикальной гидрологической поясности сдерживается тем, что гидрологи занимаются в основном верхними ярусами речного бассейна, а гидрогеологи - нижними, главным образом зоной насыщения. Зона аэрации, играющая важную роль в формировании отдельных видов стока, остается во многом "бесхозной", что было, в частности, показано и авторами [17]. В постсоветские годы к данному фактору, сдерживающему исследование гидрологических процессов "внутри" речных бассейнов, добавилось общее сокращение гидрометеорологической сети и особенно закрытие или резкое снижение объема работ на воднобалансовых станциях.
Цель данной статьи заключается в том, чтобы рассмотреть вертикальную гидрологическую структуру территорий в сочетании с различными структурами водного баланса [25], в основном с пространственной (территориальной), а также с факторной, временной и качественными структурами, и представить новые результаты разработок в этой области применительно к территории Европейской части России.
Вертикальное членение территории как предпосылка формирования ее гидрологической поясности. Как уже отмечалось, вертикальная (элементная) неоднородность - это результат прежде всего трансформации атмосферных осадков в другие элементы водного баланса в результате взаимодействия с различными компонентами земной поверхности, которые имеют отчетливо выраженную высотную поясность даже в равнинных условиях. Слоистая вертикальная неоднородность характерна и для всего осадочного чехла Русской плиты. Причем высотно-глубинная неоднородность территории (речного бассейна) даже в равнинных условиях более выражена, чем
пространственная. В вертикальном разрезе относительно однородные условия формирования водного и связанного с ним вещественного баланса занимают, как правило, весьма небольшие отрезки, измеряемые подчас несколькими метрами и даже сантиметрами, в то время как в пространственном выражении их протяженность чаще всего измеряется сотнями метров и километрами. Соответственно, структура водного баланса в вертикальном направлении обладает более высокой изменчивостью, чем по территории в плане. Очевидно, что процесс трансформации осадков в другие элементы водного баланса происходит с разной интенсивностью в различных районах в зависимости от соотношения тепла и влаги, особенностей геологического строения, рельефа, других физико-географических факторов, а также характера хозяйственной деятельности, по-разному проявляющейся в отношении отдельных высотных поясов.
Сверху границей рассматриваемого вертикального разреза или вертикальной (водообмен-ной) зоны можно считать наивысшую отметку осадкообразования в атмосфере, хотя следует иметь в виду возможность водообмена и с космическим пространством. Нижняя граница этой зоны совпадает с границей зоны весьма затрудненного водообмена [8, с. 231]. На практике по тем или иным причинам, в том числе и в связи с отсутствием необходимой информации, обычно анализируется лишь часть ее - расчетная водно-балансовая зона, ограниченная зоной интенсивного водообмена. Нижняя граница ее проводится, исходя из глубины дренирующего воздействия основных дрен (крупных рек, озер, морей) или по данным о нижней границе пресных подземных вод.
Вертикальную водно-балансовую зону образуют две резко неоднородные части: надземная и подземная. Они связаны воедино вертикальным влагообменом. Надземная часть помимо слоя атмосферы, обычно представлена растительностью - древесной и травянистой, дикорастущей и возделываемой, реже - антропогенными объектами, строениями, сооружениями, дорогами и др.
Границей между надземной и подземной частями является поверхность почвы (включая лесную подстилку, дернину). Подземная часть занимает интервал от поверхности почвы до уровня дренирующего воздействия наиболее глубоких дрен и представляет собой зону интенсивного водообмена. Мощность ее изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен метров, например в пределах Московского артезианского бассейна -достигает 350 м. В большинстве гидрологиче-
ских расчетов она ограничивается глубиной вреза средних по размеру рек.
Интервал разреза - от поверхности почвы до уровня грунтовых вод - занимает зона аэрации. При укрупнении масштаба исследований целесообразно учитывать вертикальную неоднородность ее водно-балансного функционирования, а именно - существование в ней верхнего слоя активного влагообмена, находящегося под воздействием испарения с поверхности грунтовых вод, и нижнего - транзитно-аккумулятивного, где влияние испарения уже не сказывается [17].
Часто в качестве самостоятельного слоя рассматривается почва. В водно-балансовом отношении она в основных чертах соответствует слою активного влагообмена. На обрабатываемых землях в ней целесообразно выделять самый верхний слой - пахотный слой, играющий важную роль в инфильтрации и формировании поверхностного склонового и почвенного стока. На ряде угодий обособленных, сток "чисто" поверхностного происхождения - явление достаточно редкое и этот слой занимает в разрезе интервал - от 0 до 30-40 см. Для подзолистых почв с иллювиальным горизонтом, над которым часто образуется сток почвенной верховодки, можно также полагать, что этот верхний слой занимает в разрезе примерно такой же интервал.
Также неоднородной по своему строению является зона насыщения. Единицами региональной стратификации разреза зоны насыщения являются водоносный и слабопроницаемый горизонты. Выделение водоносного горизонта всегда предпола
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.