ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2012, том 39, № 3, с. 258-268
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 630*116.1:630*
О ВЛИЯНИИ НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ МАКСИМАЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ СТОКА ВОДЫ ГОРНЫХ РЕК КАВКАЗА
© 2012 г. А. П. Казанкин
Кавказское горное общество 357524 Пятигорск, ул. Московская, 94, корп.2 Поступила в редакцию 07.06. 2011 г.
Анализируется факторы, оказывающие влияние на формирование стока: растительность, лесная подстилка, почва и горная порода. Рассматривается возникновение паводков на лесных почвах, подстилаемых плотными, трещиноватыми и дезинтегрированными горными породами, а также воздействие карста на сток в условиях субальпийских лугов. Приводится зависимость максимального модуля стока рек Кавказа от лесистости и площади водосборов. Интерпретируются некоторые материалы об изменении гидрологического режима водотоков на малых водосборах в связи с рубками древостоев.
Ключевые слова: горные реки, максимальные, модули стока, растительность, почва, горные породы.
Среднемноголетний ущерб от наводнений в России составляет более 40 млрд. руб в год [31]. Одним из главных факторов учащения наводнений в мире (в том числе и разрушительных) А.Б. Авакян и М.Н. Истомина считают уничтожение лесов и другие виды деятельности человека, обусловленные ростом численности населения [1]. Д.Я. Раткович и Л.Д. Раткович отмечают, что во многих регионах в результате сплошных рубок древостоев подорван ресурсный, природо- и водоохранный потенциал леса [33]. Агротехнические и агролесомелиоративные мероприятия, по Н.И. Коронкевичу, существенно влияют на условия формирования стока на водосборах, которые наиболее ярко проявляются в период половодья [26]. Однако по результатам изучения влияния лесов на максимальный сток паводков в 28 речных водосборах с различными климатическими и геологическими условиями и типами леса в Европе сделаны выводы о незначительной роли леса при формировании максимальных расходов воды [38]. Такие выводы могут стимулировать пересмотр и отмену ряда ограничительных и запретных мер природопользования на особо охраняемых территориях, в том числе и в бассейнах горных рек. Такая тенденция уже проявляется в горных районах юга России.
На Кавказе в течение длительного периода проводится изучение гидрологических функций горных лесов. Результаты исследований опубликованы в [6, 7, 22—25, 36]. Установлено [36], что максимальные модули стока воды (ММС) на реках с лесистостью водосборов 70% в 5—10 раз меньше по сравнению с реками, бассейны которых залесены на 30%. По данным других авторов
[24] ливни 5%-ой обеспеченности (по количеству осадков) не могут быть зарегулирована буковым лесом, а на полностью залесенных водосборах (площадью до 0.2 км2) ММС достигают 1.93 м3/(с км2). Однако, в горных условиях Кавказа на реках с водосборами более 14 км2 и покрытых лесом ММС могут превышать 7 м3 /(с км2), а при лесистости водосбора 70% он нередко выше, чем при 30%. Наличие отмеченных противоречий и учащение разрушительных паводков за последние десятилетия обусловливает необходимость анализа гидрологической информации в целях выявления факторов, наиболее существенно влияющих на величину максимальных модулей стока воды горных рек Кавказа. Это позволит более объективно решать вопросы природопользования и охраны природы в этом регионе.
Поставленная цель реализуется путем выполнения ряда задач: выявить особенности поступления ливневых осадков на поверхность почвы в лиственном лесу, уточнить значимость некоторых факторов в формировании максимального модуля стока воды (задержание атмосферных осадков наземной частью растительности, лесной подстилкой, почвой и роль подстилающих горных пород), установить наличие зависимости максимальных модулей стока воды от лесистости бассейнов (и других факторов) горных рек Кавказа, интерпретировать данные по влиянию рубок дре-востоев на паводочный коэффициент стока в условиях экспериментальных водосборов.
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве исходных материалов послужили данные наблюдений по рекам Терек, Кума, Кубань, а также рекам Черноморского побережья Кавказа на гидрологических постах [28], опубликованные в [15] результаты других исследователей, а также наблюдения автора за последствиями разрушительных паводков в бассейне реки Березовой, в окрестности г. Нальчика и результаты опытов по искусственному дождеванию на стоковых площадках (50 м2).
Исходные материалы подвергнуты анализу в целях выявления закономерных связей гидрологических и ландшафтно-морфометрических характеристик с использованием статистических компьютерных программ. Для сопряженного анализа использованы площадь, лесистость, средние высота и уклон водосбора, средний уклон реки.
В бассейнах горных рек в поясе субальпийских лугов учитывались поверхностные карстовые образования.
В целях выявления факторов, наиболее существенно влияющих на формирование паводков, из 90 рек Кавказа подобраны 15, которые отличаются наивысшими модулями стока за весь период наблюдений (до 1980 г.). Принятым величинам лесистости водосборов соответствуют различные площади бассейнов, или одинаковые (близкие) по площади бассейны имеют разную лесистость. Анализировались максимальные модули стока воды сопряженно с площадью, лесистостью водосборов и средним уклоном рек.
Достоверность уравнения определялась с помощью индекса корреляции R [35]:
R =
^ у _ ух
(1)
где сту — общая дисперсия, измеряющая отклоне-
2
ния у от его средней величины, сту _ ух — дисперсия, измеряющая отклонения у от ух (ух вычисляется по уравнению для каждого значения у). Уравнение считается приемлемым при R > 0.95.
На экспериментальных водосборах с рубками древостоев и без них коэффициенты паводочного стока приняты в качестве индикаторов, отображающих изменения условий для возникновения максимальных модулей стока воды.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ РОЛИ ФАКТОРОВ НА ИЗМЕНЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО СТОКА
Особенности поступления ливневых осадков на почву в лиственном лесу
Известно, что на возникновение максимальных дождевых паводков прежде всего влияет количество выпадающих атмосферных осадков и их интенсивность. Последняя в условиях Большого Кавказа может достигать 5—9 мм/мин, а высота слоя дождей 195 мм за 4 ч не является исключением [21].
При интенсивных ливнях поступление воды на почву в лиственном лесу имеет некоторую специфику. Так, в мае 1963 г. в окрестности г. Нальчика ливневая вода проникала через полог сомкнутого спелого буково-грабового древостоя в виде многочисленных струй, которые углубились в почву на 5—6 см. На участках без густого подроста, подлеска и травяного покрова лесная подстилка оказалась вовсе смытой. По потяжинам на расстоянии 50—60 м от водораздельной линии возникли промоины глубиной до 1.5 м. В днище суходола сформировался водоток, который при подходе к поселку заполнил русло прямоугольной формы высотой 3 м и шириной 4 м. На своем пути он вырвал с корнем заросли кустарника (лещины) высотой 4—6 м, разрушил и повредил несколько одноэтажных жилых домов. Масса дерев-цев лещины создавала запруды, которые прорываясь усиливали разрушительную силу потока. Наоборот, на участках склонов, покрытых лещиной, дождевые углубления в почве и следы поверхностного смыва не замечены. Это можно объяснить рассредоточением ливневой воды по многочисленным стволикам кустарника и высокой водопроницаемостью почвы, характерной для густых древостоев [24, 29]. Поверхностный сток на тяжелой почве в спелом грабово-буковом древостое без подроста и подлеска, где почва покрыта только лесной подстилкой, наблюдался автором в бассейне р. Черек Балкарский (табл. 1, площадка 7).
Влияние характера подстилающей поверхности, почв и горных пород на формирование максимального стока
К факторам, снижающим слой дождевого стока, относят задержание атмосферных осадков наземными частями растений. При выпадении дождя разовый перехват осадков в хвойных насаждениях (ель, пихта) варьирует в пределах 2—4 мм (иногда 6—8 мм), лиственных (бук, береза, осина) 1—3 мм, редко достигая 4—5 мм [11]. В буковых лесах Северного Кавказа разовое задержание осадков составляет 2 мм [24]. Перехват осадков травянистой растительностью (культурные растения,
2
2
Таблица 1. Краткая характеристика стоковых площадок (50 м2) и результаты опытов при искусственном дождевании в древостоях, на вырубках и лугах
Номер Высота над Экспозиция Крутизна, Почво-подстилаю- Осадки Коэффициент
Тип растительности поверхностного стока
площадки уровнем моря, м склона градусы щая горная порода сумма, мм интенсивность, мм/мин.
1 1650 СЗ 28 Граниты Ельник (140 лет) 90 2.25 0.0
2 1850 ЮЗ 32 » Субальпийский луг 34 2.23 0.41
3 1850 СЗ 20 » Окно вырубки 50 2.0 0.0
4 1770 с 29 » Ельник с пихтой (80 лет) 39 1.56 0.21
5 750 СЗ 32 Глины, суглинки Граб с буком и дубом (20 лет) 64 4.2 0.55
6 900 ю 35 То же Липняк (85 лет) 41 3.1 0.12
7 950 с 16 » Грабняк (45 лет) 33 2.19 0.8
8 900 с 15 » Открытый трелевочный волок 42 3.2 0.98
9 750 СЗ 25 » Задернованный трелевочный волок 36 2.3 0.8
10 1650 с 35 Песчаники Березняк с ивой (10 лет) 55 3.7 0.0
11 1600 с 20 » Субальпийский луг 38 2.7 0.12
12 1400 юз 42 » Сосняк(30 лет) 49 3.3 0.0
13 1400 юз 40 » Сосняк с березой (35 лет) 43 2.83 0.0
14 1500 юз 32 » Сосняк(120 лет) 95 3.81 0.0
15 1530 в 26 » Луг 47 2.75 0.12
16 1100 СЗ 39 » Вырубка 12 2.0 0.18
17 1050 СЗ 45 » Грабняк (110 лет) 68 3.4 0.0
18 1050 юв 44 » Дуб с грабом (70 лет) 71 3.75 0.0
19 1850 с 28 Кристаллические сланцы Сосняк(20 лет) 44 2.9 0.0
20 2100 юз 43 То же Пастбище 41 2.7 0.92
21 2000 юз 40 » Сосняк (80 лет) 130 4.3 0.0
22 1900 юв 39 » Сосняк (180 лет) 57 3.2 0.0
23 1900 ю 37 » Березняк (70 лет) 51 3.8 0.0
24 1200 св 38 Глинистые сланцы Граб, липа, клен, черешня (20 лет) 45 3.0 0.0
25 1150 ю 33 То же Липняк (20 лет) 32 2.1 0.23
26 1000 юз 35 » Вырубка 31 2.1 0.97
ы
СЛ
о
И
О
Í4
м Е
и ч
и о
о е
£
ОJ >
Я
целинная степь, луг), по А.А. Роде [34], не намного меньше, чем в лесу.
Хорошим водоудерживающим свойством обладает лесная подстилка (ЛП). В естественных условиях после схода снега ЛП ельников (масс
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.