ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2013, № 6, с. 102-109
ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ ==
УДК 556.512
ВОДНЫЙ БАЛАНС ВОДОСБОРОВ СРЕДНИХ РЕК ЮЖНО-ТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ*
© 2013 г. Ю.А. Харанжевская
Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа Россельхозакадемии Поступила в редакцию 02.02.2012 г.
Выполнен анализ многолетних изменений элементов водного баланса водосборов средних рек южно-таежной подзоны Западной Сибири. Отмечено, что наблюдается перераспределение водного стока рек с определенным увеличением слоя стока в январе-марте и в осенний период и снижением - в апреле, июне, июле, ноябре и декабре. Выявленные тенденции в значительной мере определяются уменьшением общего увлажнения водосборов рек в мае и его увеличением в июле. Сделан вывод о том, что в ближайшей и среднесрочной перспективе сохранятся благоприятные условия для дальнейшего заболачивания территории.
На современном этапе в условиях увеличения масштабов хозяйственной деятельности и изменения климата необходима оценка существующего состояния водных ресурсов территорий, мониторинг и прогноз изменений их водного режима. Особенно актуальна эта проблема для Западной Сибири, которая характеризуется широким распространением болот. Многочисленные исследования гидрологической роли болот до сих пор не привели к однозначным выводам по данному вопросу. Поэтому исследование региона особенно важно в плане выявления механизмов влияния болот на уменьшение негативных последствий изменения климата и хозяйственной деятельности человека.
Проведенные ранее исследования [15] показали статистически значимое изменение водного режима в южно-таежной подзоне Западной Сибири, проявляющееся в увеличении нормы и/или дисперсии суммарного речного стока и его подземной составляющей, уровней подземных и речных вод, что согласуется с результатами, полученными для ряда крупных рек исследуемой территории [8, 14]. Анализ отмеченных тенденций изменения гидрометеорологических параметров показал, что их нельзя однозначно связать с выявленным увеличением количества атмосферных осадков и температуры воздуха. Изменения среднемесячных величин несколько опережают по интенсив-
* РФФИ в рамках научного проекта № 12-05-33036 -мол_а вед.
ности изменения климатических характеристик. Эти тенденции предположительно объясняются не изменением среднегодовых и среднемесячных значений температуры воздуха, годовых и месячных сумм атмосферных осадков (ввиду отсутствия тесных корреляционных связей с показателями водного режима рек [15]), а внутригодовым перераспределением атмосферного увлажнения и смещением границ гидрологических сезонов. Это частично обусловлено активизацией процессов заболачивания территории и требует дополнительных исследований.
Широкое распространение верховых болот на данной территории во многом способствует вертикальному оттоку влаги в подстилающие почво-грунты, следствием чего, вероятно, и является увеличение уровней грунтовых вод. Ведь, как известно, болота играют роль мощного кли-матообразующего фактора, в зимний период они оказывают отепляющее влияние, а в летний -охлаждающее [9, 10], и процесс заболачивания территории продолжается. С учетом этого было решено провести детальный анализ водного баланса водосборов средних рек и многолетних изменений его элементов.
Исследования проводились в бассейне р. Чая, представляющем собой характерный участок южно-таежной подзоны Западной Сибири (рис. 1). Река Чая является левобережным притоком р. Обь.
Большинство рек, формирующих речную систему (Парбиг, Андарма, Галка, Тетеренка, Бак-
чар, Икса), берет начало с восточной окраины водораздельного Васюганского болота. Как и сама Чая, они текут в направлении с юго-запада на северо-восток в пределах южно-таежной подзоны Западной Сибири. Общая площадь водосбора р. Чая у с. Подгорное составляет 25000 км2, бассейн имеет протяженность 200 км при ширине от 5 до 150 км [7]. Заболоченность водосбора по результатам современных оценок изменяется от 47% в его восточной части до 65% в западной, а в среднем по бассейну составляет 52% [20].
Исходной информацией для проведения исследований послужили: 1) материалы наблюдений Росгидромета за расходами и уровнями воды; 2) материалы наблюдений Росгидромета за температурой приземных слоев воздуха и атмосферными осадками на метеостанциях у г. Колпашево, с. Бакчар.
Методика исследований включала в себя построение уравнения месячного водного баланса водосборов средних рек согласно предложенной О.Г. Савичевым методике [17] и статистический анализ многолетних изменений его элементов. Общее увлажнение водосбора (Н) за месяц t рассматривалось как сумма выпавших жидких атмосферных осадков X (атмосферные осадки при среднемесячной температуре атмосферного воздуха Та больше или равной 0°С) и водоотдачи из снегового покрова В, то есть:
Я = И, + В,
(1)
а
= X - В - Е,
(2)
где Е3 - месячное испарение воды из снега (мм), в данной работе рассчитанное по формуле П.П. Кузина:
Е, = 0.34т^„
(3)
Вt = шт
кт Та
,т
1- кв
~кХ / Ха, р
(4)
При среднемесячной температуре воздуха меньше 0 °С атмосферные осадки рассматривались как снег, который не принимает непосредственного участия в водном питании реки, а идет на формирование снегового покрова, изменяющегося во времени в соответствии с уравнением (приведено по [6]):
где т - количество суток в месяце; ^ - среднемесячный дефицит влажности, гПа.
Водоотдача из снегового покрова В приближенно определялась согласно [1, 4, 6, 13] при температуре атмосферного воздуха больше или равной 0 °С и наличии снегового покрова по уравнению:
Рис. 1. Схема расположения бассейна р. Чая
где кТ - коэффициент стаивания преимущественно за счет радиации; кВ - стаивание снега, при кото-
т
ром начинается водоотдача; кх /Х- Та,- - месяч-
]
ный слой стаивания снега в результате выпадения дождей; Х- -суточный слой жидких атмосферных осадков; Та■ - среднесуточная температура атмосферного воздуха, кХ - коэффициент, равный 0.95. Расчет водоотдачи из снега В проведен для оценки влияния жидких атмосферных осадков на таяние снега и с целью последующего анализа возможных изменений водного стока в условиях меняющего климата, при которых вероятность выпадения дождей в апреле повышается [17].
Расчет снеготаяния производился отдельно для залесенной и открытой местности, а общее увлажнение водосбора рассчитывалось как средневзвешенное для увлажнения в лесу и на открытых участках [1]. Величина суммарных потерь водного стока Р определялась как разность между слоем суммарного увлажнения и стока в текущем месяце. В целом потери стока в соответствии с идеями Попова [13] Буракова [3] характеризуют поверхностную емкость бассейна и определяются свободным объемом верхнего слоя почво-грун-тов, на заполнение которого расходуется поступившая на поверхность водосбора вода. Расчет суммарного испарения с водосборной территории выполнен по методу Мезенцева [11]:
1
, /кх+г1-г2\-п\ п / ч
2 = 1+ (—г-2) ) ' (5)
где 2 - суммарное испарение, 2т - максимально возможное испарение, определяемое гигромет-
Таблица 1. Элементы водного баланса водосборов средних рек за многолетний период 1970-2007 гг.
Река - створ
Элемент водного баланса Чая -с. Подгорное Парбиг -с. Парбиг Парбиг -с. Веселое Андарма -с. Панычево Бакчар -с. Полынян-ка Бакчар -с. Горелый Икса -с. Плотниково Икса -с. Коп. озеро
Общее увлажне- 443 430 443 444 437 429 444 445
ние водосборов,
мм
Слой стока, мм 106 128 115 111 80.6 95.3 96.1 106
Испарение с 247 263 223 227 305 296 305 289
болот, мм
Потери, мм 337 302 328 333 356 334 348 339
рической напряженностью воздуха - дефицитом влажности, КХ- общее увлажнение, W1 - запасы влаги в деятельном слое на начало расчетного периода, W2 - запасы влаги в деятельном слое на конец расчетного периода, n - параметр, который определяется соотношением фактического и максимально возможного испарения при оптимальном увлажнении деятельного слоя почв. Расчет максимально возможного испарения за внутри-годовые периоды производился в соответствии с методикой В.С. Мезенцева [11] пропорционально среднемесячным значениям дефицита влажности. Расчет суммарного испарения с поверхности болот осуществлялся с учётом площади преобладающих внутриболотных биогеоценозов [12].
Методика статистического анализа включала в себя проверку нулевых гипотез о: 1) случайности рядов наблюдений с помощью критерия Питме-на п и с использованием линейной модели вида Y = aT + b, где Y - исследуемая величина; T - календарный год; a и b - эмпирические константы [21]; 2) их однородности с помощью критериев Уилкоксона W, Стьюдента t и Фишера F [5].
Таежная зона Западной Сибири характеризуется широким распространением болотных ландшафтов. Болота, занимая обширные территории в Западной Сибири, играют роль мощного регионального климатообразующего фактора, способствуют пространственному перераспределению теплоэнергетических ресурсов. Пространственная и временная динамика водных ресурсов территорий находится в зависимости от многих воднобалансовых факторов - величины, интенсивности и распределения атмосферных осадков по территории, испарения и факторов подстилающей поверхности. Избыточное увлажнение таежной зоны Западной Сибири благоприятствует
активному ее заболачиванию, процесс развития болот продолжается за счет захвата прилегающих территорий.
Сравнительный анализ элементов водного баланса бассейна р. Чая показывает некоторую вариацию суммарной величины увлажнения водосборов средних рек, которая прежде всего объясняется их разной степенью облесенности и заболоченности. Наблюдается некоторое увеличение слоя стока в бассейнах рек Парбиг, Андар-ма, средневзвешенного испарения и потерь стока в бассейнах р. Икса у с. Плотниково и р. Бакчар у с. Полынянка (табл. 1).
Статистический анализ суммарных месячных и годовых значений слоя общего увлажнения бассейна р. Чая позволил установить, во-первых, нарушение однородности рядов, связанное с уменьшением суммарных величин увлажнения в мае (табл. 2). Во-вторых, выявляется увеличение
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.