ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 1, с. 5-17
ВОДНЫЕ РУСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.16.01
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ИХ ВКЛАДА В ФОРМИРОВАНИЕ СТОКА РЕК ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ
РОССИИ1
© 2007 г. Н. И. Алексеевский, М. Ю. Лебедева, Д. К. Соколовский
Московский государственный университет 119992 Москва, Ленинские горы Поступила в редакцию 15.02.2006 г.
Изучены генетические условия формирования стока воды рек, бассейны которых расположены в зонах тайги, смешанных лесов, лесостепей и степей, полупустынь и пустынь европейской части России, а также в предгорьях Северного Кавказа. Генетическая роль дождевых, талых и подземных вод оценена по результатам графического анализа гидрографов стока на основе метода, разработанного Б.И. Куделиным. Дана количественная оценка влияния размера рек, водности года и местных факторов (относительной площади лесов, озер, высоты местности) на вклад различных источников в формирование водного стока рек.
Для многих гидрологических и водохозяйственных задач большое значение имеет информация о генезисе вод, поступающих в русло реки в характерные фазы водного режима, за конкретные годы или многолетний период. От источников питания рек, их соотношения и изменчивости этих соотношений зависят: водоносность рек в период межени; половодья и паводки; экстремальные расходы воды; режим стока; способность рек ассимилировать загрязняющие вещества и выступать в качестве источника водных, транспортных, энергетических, рекреационных и других ресурсов. Этими данными полезно располагать и в рамках решения задач, связанных с оценкой возможных последствий изменения климата.
Цель данной работы - изучение пространственной и временной изменчивости снегового, дождевого и подземного питания рек, находящихся на Европейской территории России (ЕТР). Соотношение между этими источниками питания рек - результат традиционных научных исследований гидрологов и гидрогеологов, начиная с работ Б.И. Куделина [12], М.И. Львовича [10], В.А. Всеволожского [3] и др. Основное внимание исследований обычно уделено оценке подземного стока и вклада различных источников питания в водный сток рек. Систематические оценки вклада этих источников в формирование стока воды на территории Северной Евразии рассмотрены в [4] и региональных гидрологических обобщениях [13]. Эти оценки используются и в настоящее время, хотя, безусловно, требуют обновления и уточнения. Существует необходимость конкретиза-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 06-05-64099).
ции вклада зональных климатических, гидрографических характеристик и условий в изменчивость речного стока вследствие вариации факторов, определяющих приток талых, дождевых и подземных вод в русловую сеть. При прочих равных условиях вклад вод различного происхождения в формирование гидрографа стока зависит от гидрографических характеристик их водосборов, изменение которых способно существенно нарушить фоновые условия формирования стока воды и структуру водного баланса бассейнов рек, находящихся в различных природных зонах. Проблема многолетней и межгодовой изменчивости роли источников питания исключительно важна для прогноза характерных расходов воды рек в климатических условиях первой половины XXI в. Процессы берегового регулирования зависят от диапазона сезонного изменения уровней воды в руслах рек. Он возрастает при увеличении площади, длины, порядка рек N. Поэтому соотношение между различными источниками питания рек должно зависеть от их размера.
ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Для решения поставленных задач использована справочная информация по ежедневным расходам воды рек ЕТР в многоводные, средние по водности и маловодные годы, а также залесенно-сти, озерности и средней высоте водосборов [13]. Исследования проведены для шести природных зон ЕТР: таежной, лесостепной, степной, зоне смешанных лесов, полупустынь и ландшафтов предгорий Северного Кавказа. В каждой природной зоне анализировались гидрографы 13-15 рек.
Таблица 1. Соотношение источников питания в формировании годового стока Жгод, км3, рек таежной зоны ЕТР в средние по водности годы (здесь и в табл. 2-6 Оп, Ос, Од , %, и Жп, Жс, Жд, км3, доли и величина составляющих подземного, снегового и дождевого питания рек соответственно)
Река Пост N Ж год Жп Же ос Ж д Од
Большая Ельма Филютино 5.42 0.080 0.008 10 0.05 65 0.020 25
Вожега Назаровская 7.75 0.46 0.071 15 0.30 65 0.090 20
Ема Новое 5.87 0.044 0.005 11 0.027 62 0.012 27
Кубена Троеце-Енальское 7.66 0.333 0.057 17 0.19 59 0.081 24
Мезень Малонисогоры 14.55 18.9 6.15 32 8.88 47 3.91 21
Печора Усть-Цильма 15.51 107 33.2 31 54.1 51 19.4 18
Северная Двина Усть-Пинега 16.79 99.9 36.6 37 47.8 48 15.5 15
Сить Козлиха 8.37 0.43 0.064 15 0.26 60 0.11 25
Старая Тотьма Демьяновский Погост 9.24 0.54 0.12 23 0.30 57 0.11 20
Сухона Тотьма 12.90 9.10 2.77 30 4.79 53 1.53 17
» Каликино 13.15 14.1 4.60 32 6.42 46 3.06 22
Сямжена Сямжа 8.01 0.45 0.09 20 0.24 53 0.12 27
Тиксна Петрилово 7.39 0.08 0.01 13 0.05 62 0.02 25
В состав 82 изучаемых рек были включены малые, средние и крупные водотоки.
Величины порядков рек связаны с их длиной и площадью водосбора [14]. Порядок реки - критерий (признак) подобия русловых систем по условиям продольного изменения стока воды [1]. С учетом дихотомического закона сочетания притоков
N =1аё2( Р) +1,
(1)
где Р - число рек первого порядка в бассейне изучаемого водотока. За реки первого порядка целесообразно принять водотоки с длиной <10 км (информация о числе таких водотоков содержится в [13]). Из соотношения (1) следует, что порядок реки в общем случае дробная величина. Эта особенность наиболее точно соответствует реальному изменению размера реки под влиянием впадения малых и больших притоков, а также обеспечивает приемлемое согласование изменчивости гидрографических и гидрологических характеристик.
В таежной зоне ЕТР изучены источники питания 13 малых, средних и больших рек (табл. 1), площадь водосборов которых равна 179-348000 км2, порядки N варьируют от 5.4 до 16.8. В зоне смешанных лесов использованы данные по 14 малым и средним рекам, относящимся к бассейну верхней Волги. Площади их водосборов составили 345-10200 км2, порядки изменяются от 6.58 до 11.45 (табл. 2). Генетическая структура стока рек лесостепной зоны ЕТР изучена на основе анализа информации по бассейнам 14 рек - притоков средней Волги. Площади их водосборов находятся в пределах 323-28600 км2, порядки изменяются от 5.17 до 11.98 (табл. 3). В степной зоне ЕТР, в бассейнах нижней Волги и Урала, анализирова-
лись данные по 13 рекам с площадями водосборов 347-29600 км2 и порядками - от 4.58 до 12.14 (табл. 4). Для оценки вклада различных источников в питание рек, находящихся в зоне полупустынь, были обобщены сведения по 13 водотокам России и Казахстана. Площади их бассейнов составили 318-34700 км2, величина N изменяется соответственно от 6 до 13.07 (табл. 5).
Изучение особенностей формирования стока воды под влиянием вертикальной поясности выполнено на основе обработки данных по 15 участкам рек в бассейнах Кубани и Терека. В анализе использовались реки, средняя высота водосбора которых не превышала 1500 м, поскольку на больших высотах появляется ледниковая составляющая питания рек [11], изменчивость которой в данной работе не рассматривалась. Площадь водосборов предгорных рек составила 140-1300 км2, а изменение их порядков колебалось от 6.36 до 10.2 (табл. 6).
Водность лет определялась по величине отношения д/дф, где У, - средний годовой и дф -средний многолетний расходы воды. К маловодным относились годы, для которых величина б/бср < 0.91. В качестве многоводных принимались годы, когда й/<2ф > 1.09. При выполнении неравенства 0.91 < д/Уф < 1.09 год считался средним по водности.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ РЕК ЕТР
Для изучения роли различных источников питания рек на территории ЕТР была использована методика графического анализа гидрографов стока
Таблица 2. Соотношение источников питания в формировании годового стока ^год рек зоны смешанных лесов ЕТР в средние по водности годы
Река Пост N W уу год Wn Wc Ос W д Од
Вазуза Дугино 7.15 0.17 0.06 36 0.06 33 0.05 31
Кашинка Кашин 7.85 0.097 0.035 36 0.030 31 0.032 33
Кострома Буй 11.45 2.05 0.50 24 1.10 54 0.45 22
Которосль Гаврилов Ям 9.85 0.93 0.31 33 0.30 32 0.32 35
Медведица Никольское 8.58 0.23 0.08 36 0.07 30 0.08 34
» Большие Сетки 9.92 0.76 0.28 37 0.23 30 0.25 33
Молога Спас-Забережье 11.41 2.12 0.55 26 1.06 50 0.51 24
Нерль Подол 8.15 0.35 0.13 38 0.10 30 0.11 32
Обнора Шарна 9.00 0.46 0.10 21 0.26 56 0.11 23
Согожа Родионка 8.63 0.24 0.04 17 0.14 60 0.05 23
Соть Верхний Жар 8.08 0.16 0.04 28 0.07 47 0.04 25
Тьма Новинки 8.06 0.38 0.13 34 0.12 32 0.13 34
Урдома Белятино 6.58 0.076 0.021 27 0.042 55 0.014 18
Черемуха Дмитриевка 6.83 0.11 0.02 20 0.07 59 0.02 21
Таблица 3. Соотношение источников питания в формировании годового стока WгOд рек лесостепной зоны ЕТР в средние по водности годы
Река Пост N W год Wn Оп Wc Ос W д Од
Алатырь Мадаево 9.25 0.161 0.067 42 0.07 43 0.024 15
» Тургенево 11.98 1.31 0.453 35 0.714 54 0.15 11
Барыш Карсун 8.93 0.365 0.207 57 0.129 35 0.029 8
Вад Авдалово 8.38 0.233 0.107 46 0.115 49 0.011 5
Выша 10-й Октябрь 9.21 0.264 0.091 34 0.152 58 0.02 8
Кариан Знаменка 5.17 0.051 0.025 49 0.022 43 0.004 8
Мокша Темников 11.41 1.86 0.664 35 1.11 60 0.092 5
» Шевеловский Майдан 11.98 3.16 0.976 31 1.72 54 0.47 15
Пьяна Гагино 11.03 0.419 0.056 13 0.195 47 0.169 40
» Камкино 11.60 0.916 0.494 54 0.354 38 0.069 8
Теша Натальино 9.06 0.864 0.445 51 0.369 43 0.05 6
Цна Княжево 10.52 1.46 0.690 47 0.568 39 0.202 14
» Кузьмина Гать 9.31 0.387 0.129 33 0.198 50 0.059 15
Челновая Пудовкино 7.00 0.034 0.009 27 0.015 44 0.01 29
[12], основанная на учете сезонных особенностей формирования стока, гидравлического взаимодействия поверхностных и подземных вод, генезиса непродолжительных флуктуаций расходов воды в реках (вследствие выпадения дождей, таяния снега и льда). Для облегчения массовых расчетов по этой методике разработан специальный программный
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.