ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2008, № 6, с. 45-52
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^ СТАТЬИ
УДК 630*116.2(571.53+571.54)
ВЛИЯНИЕ ЛЕСИСТОСТИ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГОДОВОЙ СТОК РЕК ПРИИССЫККУЛЬЯ
© 2008 г. А. А. Онучин1, К. К. Гапаров2, Н. А. Михеева1
1 Институт леса им. ВН. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок E-mail: institute@forest.academ.ru 2 Институт леса и ореховодства им. проф. П.А. Гана НАН КР 720015 Кыргызстан, Бишкек, Каргачевая роща, 15 Поступила в редакцию 27.02.2007 г.
Проведены исследования стока на территории трех водосборных бассейнов восточного Прииссык-кулья, лесистость которых вследствие лесокультурных работ увеличилась. Несмотря на то, что роль климата в формировании годового стока в поясе еловых лесов является ведущей, такие факторы, как лесная растительность, почвы и размеры водосборов, также имеют большое значение. Анализ 25-летней динамики годового стока показал, что в маловодные годы с увеличением лесистости сток возрастает, а в многоводные, наоборот, увеличению стока способствует снижение лесистости. Выявленные закономерности формирования стока позволяют получать количественные оценки экологических последствий лесопользования. При разработке региональных нормативов лесистости следует учитывать, что оптимальная водоохраннная лесистость находится в диапазоне 30-60%.
Экспериментальные водосборы, годовой сток, оптимальная водоохранная лесистость, генезис формирования стока.
Гидрологическое значение лесов многие десятилетия привлекает внимание специалистов разных стран. Большой интерес представляет знание закономерностей изменения водных ресурсов того или иного региона в связи с динамикой лесистости, состоянием лесов, характером использования земель на водосборах. Эта проблема имеет не только научное значение, но в ряде регионов, испытывающих острый дефицит пресной воды, представляет большой практический интерес. В полной мере это относится к Средней Азии, где сток рек, формирующийся в горах, потребляется преимущественно на нужды сельского хозяйства, составляющего важный сектор экономики всех среднеазиатских государств [2].
Очевидно, что результаты эксперимента по изучению стока на элементарных водосборах, лесистость которых на протяжении нескольких десятилетий увеличивалась, представляют определенный научный интерес. Они будут способствовать формированию научно обоснованной региональной политики землепользования, реализации принципов экосистемного управления лесами с использованием бассейнового подхода, определению норм опти-
* Работа выполнена при поддержке Датского метеорологического института по проекту 013427 (ШСО) "Риски, связанные с окружающей средой и вызванные деятельностью человека: Мониторинг, управление и исправление изменений в Сибири, вызванных деятельностью человека (ЕКУЖО-ИЗК)".
мальной лесистости горных рек и являются определенным вкладом в улучшение понимания гидрологической роли лесов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Объектами исследований служили три экспериментальных водосборных бассейна с различной лесистостью (табл. 1). Все водосборы приурочены к высотным отметкам 2100-2700 м над ур. моря и находятся в поясе еловых лесов (Picea Schrenkiana F. е! M.). На водосборах преобладают склоны крутизной 25-30°, встречаются склоны и большей крутизны. Гидрологические исследования на экспериментальных водосборах были организованы в 1960 г. П.Н. Матвеевым, который и опубликовал результаты первых эпизодических наблюдений [6, 7].
В результате сокращения сплошных рубок и смыкания лесных культур, создание которых под руководством проф. П.А. Гана началось в 50-х годах прошлого века, лесистость исследуемых водосборных бассейнов постепенно возрастала. К началу текущего столетия за счет смыкания лесных культур на водосборе р. Адыбаево по сравнению с 1963 г. она увеличилась на 29%, а на водосборах ручьев Ак-Таш и Бель-Кара-Су на 10 и 16% соответственно. Водосборы имеют постоянные водотоки, источником питания которых служат снеговые талые воды и летние осадки. Хотя в пределах
Таблица 1. Влияние лесистости и климатических факторов иа годовой сток рек Прииссыккулья
Водосборный бассейн Общая площадь, га Протяженность водотока, м Лесопокрытая площадь, га Не покрытая лесом площадь, га Лесистость, %
еловый лес лесные культуры кустарники итого прогалина вырубка луга и пастбища итого
Данные 1963 г.
1 27 764 15.1 1.9 0.2 17.2 4.8 0.5 4.4 9.8 63
2 285 2185 49.9 31.4 0.6 81.9 114.6 - 76 190.6 33
3 184 2174 7.9 7.2 0.1 11.2 - - 172.8 172.8 5
Данные 1998 г.
1 27 764 15.1 9.9 0.2 25.2 0.2 0.2 1.6 2.0 92
2 285 2185 49.9 72.1 0.6 122.8 86.9 - 75.3 162.2 43
3 184 2174 7.9 29.0 0.1 40.6 - - 114 143.4 21
Примечание. 1 - бассейн р. Адыбаево; 2 - бассейн р. Ак-Таш; 3 - бассейн р. Бель-Кара-Су.
водосборов отсутствуют ледники и вечные снега, нельзя исключать возможность ледникового питания за счет выклинивания части подземного стока с расположенных выше водосборных площадей, на которые поступает влага от таяния ледников. Все объекты исследований, включая метеорологическую станцию, расположенную на высоте 2036 м, на которой проводились наблюдения, находятся на территории опытного хозяйства Института леса и ореховодства им. проф. П.А. Гана НАН КР в восточной части хребта Терскей Ала-Тоо, окаймляющего оз. Иссык-Куль с южной стороны.
Детальная характеристика района исследований приведена в работе П.Н. Матвеева [7], изучавшего гидрологическую и защитную роль лесов Киргизии. По данным автора, леса района исследований представлены преимущественно спелыми и перестойными древостоями, а на мо-лодняки приходится не более 4% от общей площади лесов. К настоящему времени возрастная структура ельников не претерпела существенных изменений. Большая часть естественных еловых лесов имеет низкую и среднюю полноту, а на долю древостоев с полнотой выше 0.8 приходится не более 10%.
Лесные культуры, произрастающие на водосборных бассейнах, имеют полноту, близкую к 1.0, и представлены лиственницей сибирской (около 30% от их общей площади), сосной обыкновенной, елью тяньшанской и березой по 20% соответственно, а также смешанными культурами сосны, ели и лиственницы с березой (около 10% от общей площади культур). Кроме ели тяньшанской, все древесные породы в лесных культурах - интродуценты.
Расходы воды в водотоках учитывались при помощи треугольного водослива с углом при вер-
шине в 90°. Замеры проводились ежедневно в 8 и 17 ч в 1980-2004 гг. По расходам воды в замыкающих створах рассчитывались модули стока для каждого бассейна. При обработке данных и построении зависимостей стока от климатических параметров и лесистости водосборов использовался метод множественного регрессионного анализа [4].
РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате обработки данных для каждого из водосборных бассейнов были получены уравнения, отражающие зависимость годового стока от комплекса гидроклиматических параметров и времени с начала создания лесных культур. Полученные зависимости приведены ниже.
Y = -49.3 +20ln(X1 Y )
+
PJT 5ln ( n )
(т 1 + 12)
+ Хг (0.03T 5-0.4) + 0.07 X1
R = 0.66; а = 8.9; F = 9.1,
(1)
где У - гдовой сток Адыбаево, мм; Х1 - годовое количество жидких атмосферных осадков, мм; Хг -годовое количество твердых атмосферных осадков, мм; Ур - годовой сток предыдущего года на водосборе Адыбаево, мм; п - время, прошедшее с момента посадки лесных культур лет; Т1, Т5, Т6, Т8 -среднемесячная температура воздуха соответственно в январе, мае, июне и августе, С°; Я2 - коэффициент множественной детерминации; а -стандартная ошибка уравнения, мм; ^ - критерий Фишера. Все коэффициенты значимы на 95% уровне доверительной вероятности;
6
ВЛИЯНИЕ ЛЕСИСТОСТИ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ Таблица 2. Влияние лесистости и климатических факторов на годовой сток рек Прииссыккулья
Анализируемые
Фиксированные параметры
факторы* X ур Тг Т5 Тб Т8 п
480 50-350 35 -7 +10 +13 +14 30
^р 480 150 5-60 -7 +10 +13 +14 30
Т5 480 150 35 -7 +7-(+13) +13 +14 30
Т8 480 150 35 -7 +10 +13 + 10-(+19) 30
* Расшифровка фиксированных параметров и анализируемых факторов в тексте, поясняющем формулы (1-3).
у = -361 -0.83Ур +
+ 8.81п (X1 Ур)
Т 51п ( П )
+ 411п (X у)
(2)
Я = 0.57, а = 15.2, ^ = 8.9,
где У - годовой сток Ак-Таш, мм; Ур - годовой сток предыдущего года на водосборе Ак-Таш, мм; остальные обозначения те же, что и в (1);
У = 62.2 + 27.71п(X1 Ур) -р8 -
Т
- 517.3-5 + 73.2Т5 - 52Т8 - 0.8Ур Т
Я2 = 0.51, а = 21.5, ^ = 3.7,
(3)
где У - годовой сток Бель-Кара-Су, мм; Ур - годовой сток предыдущего года на водосборе Бель-Кара-Су, мм; остальные обозначения те же, что и в (1).
Судя по структуре полученных уравнений, можно констатировать, что зависимость стока от климатических параметров и лесистости водосборов имеет сложный характер. Для всех водотоков увеличение стока связано с ростом годовой величины жидких атмосферных осадков. Для двух наиболее лесистых водосборов (Адыбаево и Ак-Таш) наблюдается достоверное снижение стока со временем, прошедшим с начала создания культур и соответственно с увеличением лесистости. Для водосборного бассейна Бель-Кара-Су, лесистость которого увеличилась с 5 до 21%, достоверного уменьшения стока с увеличением лесистости не выявлено. На водосборе с максимальной лесистостью (Адыбаево) наблюдается снижение стока с понижением январских и увеличением июньских температур воздуха, что связано, по-видимому, с большим промерзанием поч-вогрунтов зимой и ростом эвапотранспирации в летний период.
Для оценки характера связей стока с другими гидроклиматическими параметрами целесообразно обратиться к графическим формам выяв-
ленных зависимостей. Функцию отклика годового стока на изменение исследуемых факторов оценивали при фиксации прочих параметров (табл. 2).
Анализ модели (1) свидетельствует о том, что годовой сток р. Адыбаево нелинейно возрастает с ростом стока предыдущего года (рис. 1, а). Наиболее интенсивное возрастание наблюдается до значений, соответствующих величине стока предыдущего года 30-40 мм. Дальнейшее увеличение стока предыдущего года в меньшей степени отражается на увеличении стока текущего года. Это может быть связано с
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.