ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 3, с. 293-303
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.048
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА НА РЕКАХ РАЙОНОВ РАЗРАБОТОК РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ВОДОТОКОВ КОРЯКСКОГО НАГОРЬЯ)1 © 2014 г. Л. В. Куксина, А. В. Подлас, С. Р. Чалов
МГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы E-mail: ludmilakuksina@gmail.com Поступила в редакцию 19.03.2012 г.
Рассмотрены методы расчета водного стока в условиях недостаточной гидрометеорологической изученности. Выбранные подходы использованы при проведении расчетов среднемноголетнего стока рек Корякского нагорья, внутригодового распределения стока по сезонам и месяцам, оценок характеристик минимального и максимального стока. Результаты полученных расчетов послужили основой для оценки объемов экологического стока рек в условиях разработок россыпных месторождений.
Ключевые слова: расчеты стока, гидрологическая аналогия, индикационные методы, экологический сток.
Б01: 10.7868/80321059614030110
Реки Корякского нагорья — одни из наиболее слабо изученных водотоков Камчатского края, что связано с низкой плотностью населения на этой территории и слабым развитием экономики, в том числе отраслей водного хозяйства. Единственный в регионе бассейн, где активно ведется хозяйственная деятельность, — бассейн р. Вывен-ки. Здесь располагается одна из крупнейших в Российской Федерации разработок россыпной платины [9]. Возле населенных пунктов, расположенных в устье и среднем течении реки, эконо-микообразующей отраслью остается рыбное хозяйство. Зависимость данных видов экономической деятельности от наличия и качества водных ресурсов обусловливает необходимость изучения речного стока в этом слабо освоенном регионе.
Основная задача настоящего исследования заключалась в поиске оптимальных методов расчета стока рек бассейна р. Вывенки в условиях недостаточной гидрометеорологической изученности исследуемой территории и в проведении соответствующих расчетов.
Полученные результаты расчетов послужили основой для оценки экологического стока в условиях открытой разработки россыпных месторож-
1 Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (проекты 12-05-00069-а, мол_вед 12-05-33090, 12-05-00348-а).
дений на реках бассейна р. Вывенки. Под экологическим стоком авторами понимается величина речного стока, гарантированно оставляемого во-допотребителем в реке в различные фазы водного режима с целью сохранения экологического благополучия речной системы при хозяйственном воздействии [1].
Основой для выполнения работы послужили результаты полевых работ 2003—2010 гг., данные наблюдений за стоком воды на постах УГМС на реках Камчатского края в период 1951—2008 гг., литературные и картографические материалы.
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕК КОРЯКСКОГО НАГОРЬЯ
На территории Корякского нагорья основные отрасли хозяйственной деятельности, активно использующие водные ресурсы, — добывающая промышленность (разработки россыпных металлов) [8] и рыбное хозяйство, поскольку многие реки региона — места нереста ценных лососевид-ных промысловых рыб, отличающихся здесь наибольшим видовым разнообразием (горбуша, кета, кижуч, нерка, чавыча, кунджа, мальма) [13].
Разработка россыпных месторождений требует значительных затрат воды, используемой для размыва горных пород, промывки и извлечения
Рис. 1. Орогидрографическая схема района Сейнав-Гальмоэнанского горного узла.
Характер антропогенного влияния на водотоки
---- прямое
----косвенное
участки добычи
_I_I
25000 5000 метры
ценного компонента из песков [5]; для успешного функционирования рыбного хозяйства необходимы водные ресурсы надлежащего количества и качества [3].
В районе Сейнав-Гальмоэнанского горного узла (рис. 1), охватывающего бассейны впадающих в Вывенку рек Ветвей и Левтыринываям, где осуществляется разработка россыпных месторождений платины, протекают водотоки высшей (реки Ветвей, Левтыринываям, Янытайлыгинваям, Окы-лынываям), первой (ручьи Пенистый, Ветвистый) и второй (ручьи Ледяной, Сентябрь) рыбохозяй-ственных категорий.
Важнейшие последствия воздействия на речные экосистемы разработок россыпных месторождений — изменение объемов речного стока,
приводящее к нарушению снабжения нерестилищ грунтовыми водами и к обсыханию участков русел в связи с фильтрацией в прирусловые карьеры, а также загрязнение рек твердыми мелкофракционными веществами.
МЕТОДЫ РАСЧЕТА СТОКА РЕК КОРЯКСКОГО НАГОРЬЯ
Северный гидрологический район Камчатского края, по территории которого протекают рассматриваемые водотоки бассейна р. Вывенки, относится к гидрологически неизученным районам [10]. На территории бассейнов рек Корякского нагорья (~33500 км2) приходится один водомерный пост. В настоящее время в этом районе работают
11 гидрометрических постов, причем 7 из них — в бассейне р. Пенжины. В связи с этим типична ситуация, когда расчетные характеристики стока приходится определять при отсутствии материалов наблюдений или при их явной недостаточности.
Существуют различные методы расчета стока рек гидрометеорологически неизученных территорий. Основные методы разработаны на кафедре гидрологии суши МГУ им. М.В. Ломоносова [2] и в ГГИ [7]. В качестве альтернативных методик использованы индикационные методы, основанные на оценке масштабных изменений стока рек [4].
Основной прием расчета стока рек при недостаточности исходных данных — подбор рек-аналогов. Основной критерий для выбора пункта-аналога — наличие синхронности в колебаниях речного стока в расчетном створе и в створе-аналоге, которое количественно выражается через коэффициент корреляции между величинами стока в этих пунктах.
Практические приемы расчета годового стока основаны на интерполяции значений, полученных для рек с продолжительными рядами наблюдений, или на применении эмпирических зависимостей.
Основной метод расчета внутригодового распределения стока — метод гидрологической аналогии [2], позволяющий предположить близость характеристик стока для речных бассейнов, расположенных в схожих физико-географических условиях. Результаты расчетов для реки-аналога в относительных значениях (долях ее среднемного-летнего годового расхода воды) переносят на неизученную реку с учетом нормы стока неизученной реки.
Практические приемы расчета минимального стока подразделяются на две группы [2]: 1) базирующиеся на методе гидрологической аналогии и требующие хотя бы непродолжительного периода наблюдений на изучаемом водотоке или эпизодических измерений расходов воды в период устойчивой межени; 2) соответствующие случаю полного отсутствия гидрометрических данных и основанные на географических обобщениях материалов наблюдений на опорной гидрометрической сети.
Расчетные характеристики весеннего половодья — максимальный расход и объем. Расчеты максимальных расходов весеннего половодья опираются на географо-гидрологические обобщения материалов гидрометрических наблюдений [2, 7].
Применение индикационных методов в гидрологии позволяет увязать интенсивность масштабных изменений стока воды, определяющих закономерное изменение характеристик стока, с ростом размеров рек, и порядок водотока в произвольном створе речной сети [4].
Формула для определения среднего многолетнего расхода воды Q0 в реке имеет вид [4]
гл bN
Qo = age ,
где aQ = ; 0зс — средний многолетний расход
^ 2 ^с
воды в замыкающем створе, м3/с; N^ — порядок реки в замыкающем створе (определяется по методике А. Шайдеггера); b = 0.69; N — порядок реки (по методике А.Шайдеггера).
Задача определения максимальных и минимальных расходов — сложнее, поскольку в данном случае неизвестны оба параметра экспоненциальной зависимости — a и b. Увеличение порядка реки при расчете средних максимальных расходов воды влечет за собой снижение величины максимального модуля стока Mmax. Параметр b в данном случае всегда оказывается меньше 0.69. Обратная ситуация возникает при расчете средних минимальных расходов воды, т.е. коэффициент b всегда оказывается больше 0.69.
Все перечисленные методики расчета стока рек при отсутствии или недостаточности материалов наблюдений имеют как достоинства, так и недостатки.
Индикационные методы — наиболее простые и удобные в применении для рек Корякского нагорья, поскольку необходимые сведения для расчета порядков водотоков можно получить из материалов по гидрологической изученности [10]. Расход воды можно рассчитать по региональным зависимостям от порядка реки, полученным для рек, по которым имеются данные стационарных наблюдений. Однако подобная зависимость весьма приблизительна, поскольку основана на малом числе расчетных точек, а распространяется на значительную территорию, не охваченную какими-либо измерениями.
Применение различных карт районирования параметров стока также является простой методикой в определении расчетных характеристик стока. Однако ввиду слабой освещенности рек Корякского нагорья данными измерений все карты основаны на малом количестве эмпирического материала, недостаточного для качественного районирования территории. Значительное влияние на сток ряда малых рек региона могут оказы-
вать азональные факторы, не учтенные районированием. Интерполяцию значений необходимо проводить на большие расстояния, что тоже снижает точность.
Наилучшие результаты расчетов стока в условиях недостаточной изученности дает метод гидрологической аналогии, основанный на переносе расчетных характеристик с изученного водосбора на неизученный, расположенный в схожих с первым физико-географических условиях. Однако на территории Корякского нагорья применение данного метода также осложнено слабой изученностью региона, вследствие чего в ряде случаев затруднителен подбор реки-аналога с продолжительным рядом наблюдений.
РАСЧЕТЫ СТОКА РЕК БАССЕЙНА р. ВЫВЕНКИ
При расчетах стока рек бассейна р. Вывенки использовались основные методы, применяемые для неизученных территорий, в частности метод гидрологической аналогии, позволяющий переносить параметры стока, рассчитанные для изученного бассейна, на бассейны неизученных рек. Подбор реки-аналога для расчетов сток
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.