ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ ==
УДК 556.5
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ В БАССЕЙНЕ РЕКИ МОСКВЫ
© 2015 г. Н.И. Коронкевич, К.С. Мельник
Институт географии РАН, Москва, Россия e-mail: hydro-igras@yandex.ru, konsmelnik@gmail.com
Поступила в редакцию 12.11.2013 г.
В статье предпринята попытка оценить гидрологические последствия ландшафтных изменений в бассейне реки Москвы, начиная с середины XIX столетия по настоящее время. На основании данных водно-балансовых станций проведены расчеты поверхностного склонового стока, общего поверхностного стока в бассейне реки Москвы с учетом стока, формирующегося на площади гидрографической сети. Дана оценка изменений стока инфильтрационного происхождения и полного речного стока.
Ключевые слова: землепользование, гидрологические последствия, поверхностный склоновый сток, сток с площади гидрографической сети, сток инфильтрационного происхождения, полный годовой речной сток.
Введение. Бассейн реки Москвы, в пределах которого расположена столица нашей страны, отличается значительной трансформацией ландшафтов во времени, а, следовательно, и условий формирования стока. Это издавна обжитой район, в котором менялись лесистость и состояние лесов, методы ведения сельского хозяйства, площадь и состояние урбанизированных территорий. В целом, бассейн реки Москвы хорошо изучен в гидрологическом отношении, в том числе и влияние на речной сток гидротехнического строительства и водного хозяйства. Однако во многом недостаточно изученной остается оценка гидрологической роли изменения ландшафтов, характера землепользования. Имеющиеся оценки относятся в основном к отдельным частям бассейна и к отдельным периодам и видам преобразования ландшафтов. Эти исследования к тому же выполнены уже довольно давно, как например, оценки влияния на сток отдельных ландшафтов по материалам наблюдений на Подмосковной водно-балансовой станции, разработанные А.И. Субботиным и В.С. Дыгало [13] или ландшафтов города Москвы, представленные в работах М.И. Львовича и Г.М. Черногаевой [9, 18, 19].
В данной статье предпринята попытка оценить гидрологическую роль ландшафтных изменений в бассейне реки Москвы, начиная с 1853 г., когда появились достаточно надежные сведения о
структуре землепользования, до настоящего времени. При этом выделены следующие периоды:
- середина XIX в.;
- начало ХХ в. (1920-1930 гг.);
- с конца XIX в. до 1960-х гг. (период, за который исчислялась норма стока для большинства рек СССР К.П. Воскресенским [5]);
- 1960-1980-е гг. (период наибольшего антропогенного воздействия на сельскохозяйственные угодья);
- современный период (начало XXI столетия).
Все расчеты выполнены применительно к средним климатическим условиям, т.е. в некотором роде аналогично тому, что сделано А.М. Грином [6] для Центрально-Черноземного района или М.И. Львовичем и Г.М. Черногаевой для территории города Москвы [8, 18, 19].
Основное внимание уделено поверхностному стоку (со склонов, с площади гидрографической сети, суммарному) за зимне-весенний (с учетом оттепелей) и теплый сезон (лето-осень) года, а также в целом за год. Кроме того, сделаны расчеты изменения стока инфильтрационного происхождения (включающего верховодку и подземный сток), а также полного речного стока за год.
Динамика землепользования. В табл. 1 приведены сведения о том, как менялась структура
Таблица 1. Динамика населения и структуры землепользования в бассейне реки Москвы (площадь 17600 км2)
Показатели Середина Начало 1960- Современный Период исчисления
XIX в. ХХ в. 1980 гг. период нормы стока
Население, млн. чел. (всего) 0.8 3.2 9.6 15.9 4.5
Число городов 7 19 30 40 19
Численность городского населения, 0.3 2.2 8.8 15.4 3.7
млн. чел.
% от всего населения 38 68 83 97 63
Площадь городов, км2 121 348 1324 2300 598
Число сельских населенных пунктов 2747 5129 3402 1675 3759
Площадь сельских населенных 302 643 794 944 580
пунктов, км2 Длина дорог, км 4000 6215 23384 40553 11200
Площадь дорог, км2 20 31 157 284 69
Общая площадь урбанизированных 443 1022 2 275 3528* 1247
территорий, км2 % от площади бассейна 3 6 13 20* 8
Площадь водонепроницаемых 49 139 572 1004 253
участков, км2 % от площади бассейна 0.3 1 3 6 2
% малопроницаемых участков 2.7 5 10 14 6
% залесенности 41 24 33 43 33
% зяблевой пахоты 2 3 16 8 7
% прочих сельскохозяйственных 54 67 38 29 52
земель
* В границах города Москвы до ее современного расширения (после 2012 г.). Вновь присоединенные территории в большей своей части пока нельзя считать урбанизированными.
землепользования, важная с гидрологических позиций, начиная с середины XIX столетия по настоящее время. Представлены также данные об изменении численности населения и числе населенных пунктов, как свидетельство общей антропогенной нагрузки на ландшафты. Соответствующая информация получена из следующих источников [1, 4, 10, 14-17].
Наибольшего внимания с гидрологических позиций заслуживает соотношение площадей, занятых лесом, урбанизированной территорией, зяблевой пахотой и прочими сельскохозяйственными угодьями, не распахиваемыми с осени и обладающими ко времени весеннего половодья пониженными инфильтрационными свойствами (по сравнению с зябью). Необходимо отметить, что общая площадь урбанизированных территорий включает в себя площадь сельских населенных пунктов, городов, а также дорог. Площадь водонепроницаемых территорий (крыши домов, территории, занятые улицами, дорогами, и т.д.) определена по приближенной зависимости, согласно которой она меняется от 5% в малых городах и других небольших населенных пунктах численностью населения менее 50 тыс. чел., до 50% и более в самых крупных городах. Совре-
менная доля водонепроницаемых участков в бассейне реки Москвы определена нами в размере 6% (см. табл. 1). Интересно, что по последним расчетам Ю.В. Бабиной [1], площадь земель под постройками, дорогами, дворами, улицами (т.е., по существу, водонепроницаемых участков) в 2005 г. в Центральном федеральном округе оценена в 25.7 тыс. км2 или примерно в 4% его общей площади. Очевидно, в бассейне реки Москвы, существенную часть которого занимает город Москва, эта величина должна быть несколько выше. К малопроницаемым урбанизированным участкам с промежуточными значениями стока и инфильтрации между сельскохозяйственными угодьями и водонепроницаемыми участками, отнесена остальная часть урбанизированных территорий, т.е. парки, газоны, пустыри, промышленные зоны и т.д.
Следует отметить общее нарастание антропогенной нагрузки на водосбор р. Москвы. Так, общая численность населения за рассматриваемый период возросла почти в 19 раз, а городского -почти в 50 раз. Если в 1853 г. было 7 городов, то в 2012 г. - 40 (при уменьшении численности сельского населения и сельских населенных пунктов). Длина дорог и занимаемая ими площадь возросли
Таблица 2. Поверхностный склоновый сток, мм
Угодья Середина XIX в. Начало ХХ в. 1960-1980 гг. Современный период Период исчисления нормы стока
Зимне-весенний сезон
Лес 23 23 23 23 23
Зябь 62 62 54 54 58
Прочие поля, не распахиваемые 71 71 71 71 71
с осени
Водонепроницаемые участки 119 119 136 136 128
Малопроницаемые урбанизиро- 94 94 102 102 98
ванные участки
Летне-осенний сезон
Лес 0 0 0 0 0
Зябь - - - - -
Прочие поля, не распахиваемые с 0 0 0 0 0
осени
Водонепроницаемые участки 268 268 322 322 295
Малопроницаемые урбанизиро- 134 134 161 161 148
ванные участки
Год
Лес 23 23 23 23 23
Зябь 62 62 54 54 58
Прочие поля, не распахиваемые с 71 71 71 71 71
осени
Водонепроницаемые участки 387 387 458 458 423
Малопроницаемые урбанизиро- 228 228 263 263 246
ванные участки
в 10 раз. Площадь городов увеличилась к 2012 г. почти в 20 раз, а к 2013 г. (в связи с расширением города Москвы) - более чем в 30 раз, но, как отмечено выше, большую часть Новой Москвы пока нельзя считать урбанизированной территорией. При этом общая площадь водонепроницаемых территорий возросла почти в 20 раз.
Правда, процесс возрастания антропогенной нагрузки не был непрерывным. Были перерывы, связанные с военными, политическими и экономическими кризисами. Например, площадь зяблевой пахоты в современный период снизилась в 2 раза по сравнению с периодом ее наибольшего распространения (1960-1980 гг.), а залесенная площадь возросла.
Изменение поверхностного стока на склонах. Величина удельного поверхностного стока с отдельных угодий представлена в табл. 2. Сток в зимне-весенний сезон в лесу, на зяблевой пахоте и прочих сельскохозяйственных угодьях (озимые, стерня, залежь), расположенных на склонах, занимающих в совокупности приблизительно 90% общей площади речного бассейна (еще 10% приходится на площадь гидрографической сети), рас-
считывался по данным воднобалансовых станций в южной части лесной зоны (в том числе на Подмосковной), обобщенным в [7]. При этом сток с зяби в современный период принят ниже, чем в период до начала 1930-х гг., так как современная тракторная пахота более эффективно влияет на задержание стока, чем применяемая ранее конная пахота.
В приведенных в табл. 3 величинах стока учтено соотношение угодий, сложенных суглинками и супесями (75 и 25%). Сток на суглинках существенно выше, чем на супесях, например, на зяби -в 3.4 раза.
Зимне-весенний сток с водонепроницаемых урбанизированных участков рассчитан исходя из средних многолетних величин осадков за холодное время года (170 мм) и коэффициента стока 0.8 [11]. Для более ранних периодов коэффициент стока принят несколько ниже (0.7), учитывая гораздо меньшее в прошлом развитие коллекторно-дренажной сети и уборки снега с улиц городов с последующим сбросом его в гидрографическую сеть. Коэффициент стока с малопроницаемых урбанизированных участков определялся как сред-
Таблица 3. Средневзвешенный поверхностный склоновый сток в бассейне р. Москвы
Показатель Середина XIX в. Начало ХХ в. 1960-1980 гг. Современный период Период исчисления нормы стока
Зимне-весенний сезон 52 61 57 57 57
Летне-осенний сезон 4 9 26 42 15
Год 56 70 83 99 72
нее между водоне
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.