Место водохранилищ среди водных объектов суши

<

080714 0054 1 Место водохранилищ    среди водных объектов суши 1.2.1. Отличия водохранилищ от других водных объектов

 

Современные темпы создания водохранилищ на планете могут быть охарактеризованы, как «водохранилищный взрыв». Недалеко время, когда объем аккумулированных в чашах водохранилищ вод сравняется с объемом устойчивого стока всех рек мира.

Результаты гидрологических исследований водохранилищ последних лет, а также анализ материалов об их режиме за длительный период наблюдений со всей очевидностью показывают, что они значительно отличаются от всех других водных объектов суши. Эти отличия проявляются в первую очередь в совершенно ином генезисе многих гидрологических явлений, в специфике их проявления на отдельных участках каждого водоема, в особенностях формирования водных масс и их динамике, в сложной взаимосвязи гидрологических процессов с другими процессами, происходящими в водоемах и на их побережьях.

От естественных водоемов водохранилища отличаются следующими особенностями.

1. В отличие от большинства естественных водных объектов водохранилища возникают «мгновенно». Их размеры в конкретных природных условиях определяются человеком.

2. Режим их уровней и расходов воды в нижний бьеф планируется заранее и обусловливается сложным взаимодействием природных и хозяйственных факторов. При этом влияние последних значительное или определяющее.

3. В образовавшемся новом водоеме комплекс внутриводоемных процессов — гидродинамических, гидрофизических, гидрохимических, гидробиологических — приобретает обычно иную направленность и интенсивность.

4. В процессе эксплуатации проектный режим водохранилищ может многократно меняться в результате возникновения определенных технико-экономических предпосылок (создание новых гидроузлов в каскаде, изменение первоначально принятых параметров при использовании существующих водохранилищ в качестве водных трактов для переброски стока, изменение требований к их ресурсам со стороны водопользователей и др.).

5. Создание водохранилищ нарушает сложившееся относительное равновесие в природе. В результате образуется зона влияния водохранилища, в пределах которой изменяются климатические и инженерно-геологические условия, режим подземных вод, наблюдаются затопление, подтопление, заболачивание, эволюция почв и растительности и др. В зонах влияния водохранилищ более или менее значительно изменяются хозяйство и условия жизни проживающих в этой зоне людей.

6. Каждое водохранилище сугубо индивидуально — это не только новый, но и уникальный географический объект, или, по словам Л. Л. Россолимо, «сложнейший комплекс процессов и явлений, из которых ни одно, даже самое незначительное не может быть вырвано и рассматриваемо вне связи во всем комплексом» [Россолимо, 1934, с. 16].

7. Гидрологические процессы и явления в разных частях одного и того же водохранилища (районы, участки, зоны) развиваются по-разному, неодинаковы и «взаимоотношения» между водоемом и окружающей средой на различных участках береговой зоны.

Не менее сложные изменения во всем комплексе природных и хозяйственных условий происходят в нижних бьефах гидроузлов, к которым с полным правом можно отнести сформулированные ранее положения.

Формирование водохранилища начинается с момента его создания, когда практически мгновенно изменяется естественный режим на участке распространения подпора. После создания режим и особенности нового водоема определяются сложным взаимодействием в основном трех групп факторов (рис. 6), связанных:

а) с физико-географическими особенностями района водохранилища;

б) условиями формирования стока на водосборе;

в) характером хозяйственной деятельности человека. Влияние последней многообразно и в большинстве случаев определяющее; изменение этой деятельности обязательно вызывает и соответствующие изменения; в ходе процессов формирования водохранилища. Под формированием водохранилища следует понимать воздействие комплекса процессов и явлений, определяющих облик нового гидрологического и географического объекта.

Процесс формирования водохранилища может иметь самую различную продолжительность и длиться интенсивно в течение десятилетий и, по-видимому, даже столетий, т. е. нередко на протяжении всего времени его существования.

Анализ динамики многих процессов в крупных водохранилищах, существующих уже несколько десятилетий (Рыбинское, Камское, Куйбышевское и др.), показывает, что нет основания считать стабилизировавшимися процессы формирования донных отложений, качества вод, водной флоры и фауны, экзогенных геологических процессов, в том числе переработки берегов и др. Особенно это касается водохранилищ, являющихся звеньями каскадов, водохранилищ, осуществляющих многолетнее регулирование стока, и водохранилищ с очень большой амплитудой колебания уровней. Многие процессы, полностью или частично стабилизировавшиеся на отдельных участках, протекают более интенсивно на других.

Основной фактор формирования водохранилищ — их гидрологический режим. К настоящему времени накоплено много данных, характеризующих режим и особенности формирования водохранилищ в разных физико-географических условиях. Однако подход к изучению и оценке последствий их создания и сегодня остается в основном эмпирическим, нет теории, отражающей специфику новых водных объектов. Это объясняется целым рядом объективных и субъективных причин. Объективная причина — «молодость» самих объектов и непродолжительный период их изучения, субъективная — формальное отнесение их к «похожим» объектам – озерам.

Известно, что свойства водных объектов, характер протекающих в них процессов и взаимодействие с окружающей средой нельзя рассматривать, не принимая во внимание их генезис. Таким образом, генетические особенности и место водохранилищ среди водных объектов суши должны быть приняты за основу при оценке специфики этих водоемов. Воды суши по их свойствам и специфике делятся на водотоки {реки и др.) и водоемы (озера и др.) [Матарзин, 1983]. Зарегулированные реки и озера с измененным режимом наряду со специфическими чертами, обусловленными разным генезисом, имеют и существенное сходство — это антропогенные водоемы, созданные на базе естественных с замедленным {по сравнению с рекой) или измененным водообменном (по сравнению с озером).

 

1.3. Гидрологическая роль водохранилищ

 

1.3.1. Глобальный, континентальный и региональный аспекты преобразования стока и водообмена

 

Общий процесс стока на Земле под влиянием водохранилищ все больше изменяется. Понимая под термином «процесс стока» не простое механическое перемещение воды, а перемещение и перераспределение в этом процессе вещества и энергии [Муравейский, 1946], мы подчеркиваем, что изучение изменений, вносимых крупными водохранилищами, их каскадами и системами в гидрологический режим, водный баланс, водообмен и общий процесс стока в целом, приобретает большое научное и практическое значение.

 

Табл. 6.

       
   
 

 

Основной положительный эффект создания водохранилищ — увеличение стока

в маловодные периоды, что существенно повышает гарантированное использование водных ресурсов.

В Советском Союзе количество воды, задерживаемой только в полезном объеме

водохранилищ, через 3—4 десятилетия сравняется с суммарной величиной летне-осеннего и зимнего меженного стока всех рек. Регулирование стока водохранилищами существенно увеличило гарантированные ресурсы пресных вод, позволило снизить максимумы половодий и паводков и связанные с этим затопления, улучшило условия работы водного транспорта, водозаборных и других сооружений, В табл. 6 приведены соответствующие данные на примере рек Волги и Камы, сток которых почти полностью зарегулирован в результате создания водохранилищ [Вендров, 1979].

Интересные обобщающие данные в этом отношении содержатся в исследованиях М. И. Львовича [1972, 1974 н др.]. по водному балансу материков земного шара и мировым ресурсам пресных вод. М. И. Львовичем было введено понятие «суммарный устойчивый сток», под которым понимается речной сток, формируемый подземными и грунтовыми водами в совокупности со стоком, зарегулированным озерами и водохранилищами.

Регулирующие возможности водохранилищ во много раз превосходят регулирующие возможности естественных водоемов (озер), что и приводит к общему возрастанию устойчивого речного стока на всех континентах. Приближенные расчеты М. И. Львовича, выполненные к началу 70-х годов, показывают, что ресурсы устойчивого стока рек земного шара увеличились примерно на 15%. При этом наибольшее увеличение доступных для использования ресурсов произошло в Африке (на 27%). Северной Америке (26%), Европе (18%) и Азии (16%). Выполненные Ю. М. Матарзиным по той же методике расчеты на начало 80-х годов показывают, что за 10 лет общий суммарный устойчивый сток рек суши увеличился до 22%, т. е. за 10-летие на 7%. В Советском Союзе естественный устойчивый сток за счет водохранилищ увеличился с 27% в 1970 г. до 50% в 1980 г.

В результате создания крупных водохранилищ водообмен в реках, озерах, речных бассейнах существенно замедлился. Продолжительность водообмена можно приближен- но оценить по соотношению Т = V/Q, где Т — продолжительность водообмена; V — объем русловых запасов; Q — расходы воды.

Г. П. Калинин [1970] определил что продолжительность водообмена в реках к 1960 г. на Земле возросла с 20 до 40 суток. По этой же методике получено [Матарзин и др., 1977а, 1983], что продолжительность водообмена к 1970 г. возросла в 3,2 раза, а к 1980 г.— в 4,9 раза! Для рек Советского Союза продолжительность пребывания воды в руслах увеличилась с 22 до 89 суток, т. е. в 4 раза. В бассейне р. Волги после завершения строительства каскада водохранилищ водообмен замедлится почти в 10 раз.

К началу 80-х годов изменилась продолжительность водообмена на всех континентах (табл. 7), причем наиболее значительно — в Азии (с 13 до 185 суток, или в 14 раз), Европе (с 10 до 67 суток, или в 6.7 раза) и Африке (с 18 до 115 суток, или в 6,4 раза).

<

Расчеты для территории Советского Союза [Матарзин и др., 1975] показали, что такие изменения отмечаются как во многих крупных речных бассейнах, так и на территориях всех союзных республик, экономических районов, а также природных зон. В расчетах учитывается раздельно полезный и полный объём созданных на данной территории водохранилищ.

 

Табл. 7

               

 

 

 

 

 

 


 

 

Наиболее значительные изменения отмечаются в бассейнах Волги, Днепра, Дона, Куры, Или, где водообмен замедлился в 7 – 11 раз (при учете в расчетах полезного объема). Наибольшие изменения отмечаются в Поволжском (14 раз). Казахстанском (10 раз). Украинских (7 раз), Северо-Кавказском (,6) экономических районах.

В меньшей степени изменился процесс стока на Дальнем Востоке, Белоруссии, Западно-Сибирском, Среднеазиатском и других районах (в 1,5—3 раза). Для территории РСФСР в целом водообмен замедлился в 2 раза. Однако наибольшие изменения гидрологического режима отмечаются непосредственно на участках распространения подпора, где интенсивность водообмена замедляется в 30^40 и более раз. Таким образом, в настоящее время сток многих рек в той или иной степени зарегулирован. Необходимо также принимать во внимание и тот факт, что совокупное влияние малых водохранилищ и прудов в отдельных случаях играет, по-видимому, существенную роль в преобразовании стока. Общее число таких антропогенных водоемов, по-видимому, на Земле приближается к 800—900 тыс, в СССР их около 130 тыс. [Вендров, 1979]. Даже в небольших по площади государствах их количество достаточно велико. Так, в Болгарии создано свыше 1900 малых водохранилищ и прудов, в ГДР — 260, в Румынии – 1200 и т. д. В ряде стран Западной Европы и некоторых районах СССР местный сток зарегулирован полностью, Например, в лесостепной и степной зонах Европейской части СССР на отдельных балках и логах насчитывается до 60—70 плотин и прудов, которыми иногда полностью задерживается весь сток талых вод, поступающих с их водосборов.

Создание водохранилищ привело к резкому увеличению безвозвратного водопотребления в прилегающих к ним районах, (за счет водных ресурсов водохранилищ), а также потерь воды на дополнительное испарение с водного зеркала по сравнению с сушей и на фильтрацию в почвогрунты, В результате сокращается поступление воды в устьевые области рек, крупные озера и моря. По данным Г, В. Воропаева [1982], приток пресных вод в Каспийское море снизился на 35—40км2 (почти на 15%), в Азовское – на 13 (более чем на 30%), в Аральское — на 75—80 км2 (на 70%). В маловодные годы процент сокращения стока может быть даже вдвое больше.

В целом на земном шаре, по данным И. А. Шикломанова, безвозвратные потери воды на испарение с водохранилищ к 1975 г. составили около 110 км3 в год. Предполагается увеличение их до 170—240 км3/год в период 1985—2000 гг. [Шикломанов. 1979].

 

 

 

1.3.2. Перераспределение взвешенных, растворенных и биогенных веществ

 

Влияние водохранилища на твердый сток не однозначно. В самих водоемах наносы аккумулируются, речная вода осветляется. Ниже плотины наблюдается резкое снижение стока твердых и растворенных веществ (минеральных, органических, биогенных, микроэлементов) в озера, внутренние и окраинные моря. Здесь же, на участках свободного русла, эрозионный процесс усиливается, твердый сток возрастает. Так, в результате создания Куйбышевского водохранилища, принимающего воды Верхней и Средней Волги и Камы, мутность воды снизилась более чем в 3 раза, годовой сток взвешенных наносов стал почти в 3 раза меньше по сравнению с тем, что наблюдалось до создания этого водохранилища.

В нижнем течении Волги каскад замыкает Волгоградское водохранилище. Данные наблюдений в створе у с. Верхнелебяжье в вершине дельты Волги (выше по реке наблюдений нет) свидетельствуют о том, что, хотя осветленная в Волгоградском водохранилище вода обогащается наносами за счет русловой эрозии, средний годовой сток взвешенных наносов в вершине дельты после ввода в эксплуатацию Волгоградского водохранилища уменьшился в 1,5 раза.

Наиболее существенно уменьшаются расходы взвешенных наносов во время весеннего половодья; заметное сокращение наблюдается и в первый период летней межени. В зимние же месяцы расход взвешенных наносов по сравнению с естественными условиями увеличивается. Это обусловлено возрастанием энергии потока и усилением русловой эрозии из-за резкого увеличения расходов воды зимой.

При более детальном рассмотрении процесс трансформации твердого стока каскадами водохранилищ представляется еще более сложным, чем в охарактеризованной выше общей схеме, и обладает индивидуальными особенностями в каждом входящем в каскад водохранилище. Покажем это на примере водохранилищ Камского каскада — Камского, регулирующего естественный приток с его водосбора, и расположенного ниже Воткинского, практически не имеющего боковой приточности и «работающего» на зарегулированном стоке. Расчеты седиментационных балансов этих водохранилищ [Matarzin, Pechorkin, 1973] показывают резкие различия в соотношениях аллохтонного и автохтонного веществ в водных взвесях. На Камском водохранилище количество взвесей, поступающих с твердым стоком, почти равно количеству материала, поступающего в результате разрушения берегов волновой абразией (соответственно 45,7 и 46,2% от суммы приходных компонентов). В Воткинском водохранилище доминируют продукты разрушения берегов (84,2%), на твердый сток приходится всего 4,5%. Объясняется это тем, что Камское водохранилище по отношению к Воткинскому выполняет роль отстойника. Кроме того, Воткинское водохранилище создано на 8 лет позднее и его берега находятся еще на стадии интенсивного формирования.

Приведем еще один пример преобразования твердого стока крупным единичным водохранилищем — Цимлянским на р. Дон. Оно осуществляет многолетнее регулирование стока. По данным М. И. Львовича [1974], средний годовой расход взвешены наносов ниже плотины уменьшился на 36% и соответственно поступление наносов Дона в Азовское море снизилось на 1/3. Аналогичные уменьшения твердого стока под влиянием водохранилищ отмечаются на Днепре, Кубани, Куре, реках Средней Азии; Сибири и других районов СССР, а также в других странах, о чем свидетельствуют данные специальных исследований [Георгиев, 1974; Holeman, 1968; Banach, 1977, Babinski, 1982; и др.). Следует заметить, что во многих работах применяемые методы анализа влияния антропогенной деятельности на твердый сток показывают не влияние водохранилищ «в чистом виде», а общие оценки с учетом смыва почв с территории бассейна.

Весьма существенно изменяется под влиянием крупных водохранилищ и сток растворенных веществ. Так, седиментация химических соединений в водохранилищах и особенно в их каскадах или системах очень велика. Например, в водохранилищах Камского каскада химическая аккумуляция составляет 8—11% приходной части. В результате изменения режима водного стока и водообмена значительно видоизменяется вынос растворенных веществ в устьевые области многих крупных рек и озера и моря. Поступление в устьевые области органических веществ и биогенных элементов определяется целым комплексом конкретных условий, создающихся в нижних ступенях каскадов. Так, поступление органических и биогенных веществ в Каспийское море в результате создания Волжского каскада водохранилищ уменьшилось в 2,5—3,0 раза, а в Черное море под воздействием Днепровского каскада наоборот, увеличилось.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАЛЫХ ВОДОХРАНИЛИЩАХ

 

Исследованиями установлено, что от рельефа территории и структуры гидрографической сети зависят размеры и размещение водохранилищ (Мильков, 1973; Дроздов, 1974; Семенцов,, 1973а, 19’73б). Выявлен также зональный характер регулирования стока малыми водохранилищами (Борсук, 1957; Шикломанов, 1976), развития эрозионных процессов на склонах (Чернышев, 1976) и в гидрографической сети (Маккавеев, 1955, 1974), Отсюда вытекает необходимость обзора природных условий лесостепной и степной зон, определяющих формирование стока воды и наносов, водный режим и заиление малых водохранилищ.

 

Краткая характеристика природных условий лесостепной и степной зон

 

Лесостепная и степная зоны занимают 2800 тыс. км , что составляет около 12.5% территории СССР (рис. 2). Небольшая водообеспеченность территории зон (табл. 1) предопределила развитие здесь большого количества малых водотоков (оврагов, балок, ручьев, малых рек). Водотоки с площадью водосбора менее 10 км2, используемые для строительства прудов и водохранилищ, в пределах лесостепной и степной зон европейской части СССР составляют 82% всего количества водотоков (Воскресенский, 1956). При этом густота водотоков длиной менее 10 км в лесостепной зоне равна в среднем 0.25 км/км2 , уменьшаясь до 0.12 км/км2 — в степной (Маккавеев, 1974).

На водный режим малых водотоков, помимо зональных (климатических) факторов, влияют местные (азональные) факторы и хозяйственная деятельность человека.

Климатические факторы стока (осадки, температура воздуха, ветер) определяются географическим положением водосбора и характеризуются плавным изменением в пространстве, обусловливая однообразие генезиса стока в пределах той или иной зоны или ее части. Зональные (север-юг) и внутризональные (запад-восток) изменения климатических факторов хорошо прослеживаются при сопоставлении их количественных показателей, полученных нами для отдельных географических провинций схемы природного районирования территории СССР Ф.Н, Милькова (1964), Географическое положение провинций условно характеризуется координатами их центра тяжести на схеме (рис. 2)

 

 

 

 

 

 

080714 0054 2 Место водохранилищ    среди водных объектов суши

Рис. 2. Схема природного районирования территории лесостепной

и степной зон СССР (по Ф.Н. Милькову, 1964).

 

Главную массу осадков лесостепная и степная зоны получают со стороны Атлантического океана: их годовое количество, по данным Ц.Е. Швер (1976), в западных провинциях зон выше, чем в восточных (табл. 1), В среднем за год лесостепная зона получает осадков больше (590 мм) степной (470 мм). Основное количество осадков (60-70% годовой суммы) выпадает в теплый период (IX – X) и нередко в виде ливней, которые производят интенсивный склоновый смыв и размыв в первичной гидрографической сети. Наибольшей ливневой деятельностью характеризуются западные провинции лесостепной и степной зон, где число дней в году с осадками свыше 10 мм составляет соответственно 16 и 12. Здесь максимальный слой осадков за отдельный ливень может достигать 160 – 180 мм, а в Молдавии – превышать 200 мм (Сластихин, 1964). Максимальная интенсивность ливней бывает более 4 – 5 мм/мин. К востоку количество ливневых дождей уменьшается (табл. 1), а доля твердых осадков в годовой схеме, наоборот, возрастает, достигая в районе Урала в среднем 22 – 30% (табл. 1) и несколько снижаясь в Западной Сибири (Швер, 1976).

Наибольшие снегозапасы также увеличиваются от 30-40 мм в западных провинциях до 120 – 150 мм в Предуралье и до 70 – 100мм в Западной Сибири, В распределений снежного покрова на малых водосборах лесостепной и степной зон отмечается определенная тенденция его увеличения по мере перехода от приводораздельных пространств к склонам и тальвегам оврагов и балок (Воскресенский, 1966), что связано с ветровым воздействием на заснеженную поверхность. В районах, расположенных западнее линии Москва-Тамбов – Борисоглебск – Волгоград (Кузин, 1960), накопление снежного покрова прерывается оттепелями, в период которых он сходит частично или полностью, формируя паводки в овражнобалочной сети. Главной особенностью режима выпадения осадков является их неустойчивость и резкое колебание от года к году (Батталов, 196S). На значительной части ETC, за исключением южных и юго-восточных районов, первое 30-летие XX в. отличалось преобладанием лет с. большим количеством годовых осадков, а второе – с малым. На Кавказе и в Западной Сибири изменение годовых сумм осадков в эти периоды имело обратный характер.

Нарастание континентальности климата в лесостепной и степной зонах в восточном направлении, проявляющееся в уменьшении годовой суммы осадков и увеличении снегозапасов, прослеживается также по изменению средней годовой амплитуды колебания средней месячной температуры воздуха, определяющей интенсивность физического выветривания пород. Ее значения увеличиваются от 25 – 26° в западных провинциях зон до 38 – 400 в Запад ной Сибири.

Азональные факторы стока (рельеф, геология, размеры водосборов) не связаны с географическим положением бассейна и при пространственном обобщении стока влияние их должно быть исключено.

Рельеф местности – играет важнейшую роль в формировании речного стока, поскольку с изменением высоты местности меняется весь комплекс физико-географических условий. На распределение осадков на равнинной местности могут влиять элементы рельефа с относительными высотами более 50 м (Швер, 1967). На возвышенностях по сравнению с окружающей равниной в связи с изменением условий прохождения воздушных масс отмечается увеличение осадков {Швер, 1967), стока воды (Кузин, 1960; Павлов, 1974) и стока наносов (Шамов, 1954; Бобровицкая, 1972), изменение продолжительности циклов с повышенными и пониженными годовыми суммами осадков (Батталов, 1968). К возвышенностям приурочены наибольшая глубина расчленений и густота овражности, большие поверхностные уклоны, определяющие скорости отекания поверхностных вод и их воздействие на земную поверхность. На оборот, пониженным формам рельефа свойственны малые значения перечисленных характеристик, западины суффозионно-просадочного характера, сокращающие величины действующих площадей водосбора. Поэтому высотное положение местности нередко выступает в роли комплексной характеристики интенсивности эрозионных процессов.

Рельеф лесостепной зоны представляет чередование возвышенностей и низменностей. Наибольшей высотой характеризуются Волыно-Подольская (473м) и Бугульмино-Белебеевская (481 м) возвышенности, за ними идут Донецкий кряж (389 м). Приволжская (370 м) и Средне-Русская (286 м) возвышенности. Отметки поверхности Приднепровской, Окско-Донской и Западно-Сибирской низменности, как правило, не превышают 200 м (табл. 1).

Несмотря на относительно небольшую высоту Средне-Русской возвышенности, она более, чем другие возвышенности, расчленена оврагами, густота которых на отдельных ее участках достигает 0,6 – 1,0 км/км (Косое, Константинова, 1973). Овражность других возвышенностей не превышает 0,4 –0,6 км/км2. Наибольшей овражностью среди равнин зоны выделяется Окско-Донская низменность, где густота оврагов достигает 0.4 км/км2.

В рельефе степной зоны преобладают эрозионные формы – долины рек, балки и овраги. Низменности степной зоны (Причерноморская, Азово – Кубанская, Сыртовое Заволжье), так же как провинции Северного Казахстана и Западной Сибири, характеризуются слабой овражной расчлененностью – 0,01 – 0,1 км/км2, которая возрастает до 0.4-0,6 км/км на плато (Ставропольское – 832 м. Под уральское — 386 м). Непосредственно с эрозионной расчлененностью территории связана величина действующей площади водосбора, участвующей в формировании стока йоды и наносов лощинного звена гидрографической сети. Согласно А.С, Козменко (1957), процесс водной эрозии в основном происходит в присетевой и гидрографической частях водосбора, тогда как в приводораздельной зоне он развивается очень слабо. Поэтому первые два фонда земель на водосборе можно рассматривать как наиболее активную площадь водосбора, чаще всего формирующую сток воды и наносов водотока. Эта площадь на территории Новосильской опытно-овражной станции, например, составляет 55%, из которых только 18% занимает гидрографическая сеть. В сильно эродированных районах площадь гидрографической сети доходит до 60%. В пределах Средне-Русской воз вьщ1енности на ее долю приходится в среднем 17% площади водосбора (Калиниченко, Ильинский, 1976). На слабо расчлененных балочных водосборах, по нашим данным, эта доля уменьшается до 5%, а присетевая часть составляет 31% площади водосбора. Уже эти данные показывают, что в формировании стока воды и наносов отдельных малых водотоков может участвовать от 36 до 10П%

площади водосбора в зависимости от его расчлененности. Видимо, это обстоятельство приводит к значительному разбросу точек на графиках связи гидрологических характеристик с площадью водосбора.

Интразональные факторы (почвенный покров, лесистость) сочетают как зональные, так- и азональные черты. Почвогрунты водосбора оказывают большое влияние на формирование стока воды и развитие эрозионных процессов в верхних звеньях гидрографической сети, С типом почвы связаны инфильтрационные свойства, определяющие потери стока, и ее противоэрозионная стойкость. Последняя в значительной мере определяется механическим составом почвы, содержанием в ней гумуса и мощностью гумусового горизонта. Материнские породы в лесостепной и степной зонах представлены лёссами и лёссовидными суглинками — породами карбонатными, легко поддающимися размыву (Косов, Любимов, 1974). На них в лесостепной зоне сформировались наиболее устойчивые против эрозии почвы – черноземы {оподзоленные, выщелоченные, типичные и обыкновенные). Усиление континентальности климата к востоку ведет к возрастанию гумусности почв при одновременном уменьшении мощности гумусовых горизонтов. Содержание гумуса в верхнем слое вьпгелоченных черноземов увеличивается от 7-8% на Украине и Средне-Русской возвышенности до 10-12% в Заволжской, Западносибирской и Предалтайской провинциях (Мильков, 1964). Эти внутризональные изменения содержания гумуса способствуют увеличению противоэрозионной стойкости почв в восточном направлении. В степи на лёссе и лёссовидных суглинках сформировались южные черноземы, местами – в комплексе с обыкновенными черноземами и темнокаштановыми почвами. Содержание гумуса в них ниже, а мощность гумусовых горизонтов меньше, чем у типичных черноземов лесостепной зоны. Обыкновенные черноземы сoдepжат гумуса 6-10%, южные — не более 6%, а темнокаштановые – 4-5%. Среди них наименьшей противоэрозионной стойкостью характеризуются темнокаштановые почвы.

Территория лесостепной и степной зон сильно распахана, причем наибольший процент распаханных земель приходится на западные провинции — районы древней земледельческой культуры (табл. 1), Однако для оценки эрозионных условий на водосборах важно знать не только общий процент рас пахан нести, но и расположение пахоты.

В лесостепи преобладают лиственные леса с хорошо развитым травяным покровом. Под ними сформировались серые лесные почвы. На песках надпойменных террас, а иногда и на водоразделах, распространены сосновые боры. В настоящее время лесистость в пределах европейской лесостепи редко превышает 20 –25% и несколько возрастает к востоку, В степной зоне леса встречаются по поймам рек, склонам долин и балок. В целом лесистость здесь значительно меньше, чек в лесостепной зоне (табл. 1).

Под влиянием зональных (климатические) и азональных (характер подстилающей поверхности) факторов, а также хозяйственной деятельности человека, формируется сток воды и наносов рек. Годовой сток зональных рек географических провинций, определенный по данным К.П. Воскресенского (1962), изменяется в пределах лесостепной зоны от 50 до 130 мм, а в степной зоне — от 8 до 55 мм (табл. 1), Его наибольшие значение приурочены, как правило, к возвышенным территориям. В целом для лесостепной зоны годовой сток рек составляет 89 мм( что в 3,2 раза превышает его значение для степной зоны (28 мм).

Впервые зональные значения стока рек (годового, стока половодья и межени) были получены П.С. Кузиным (1970), Современный сток рек в той или иной мере испытывает влияние хозяйственной деятельности человека, и если он еще сохраняет зональные черты, то это — результат воздействия исключительно климатических (зональных) факторов, за которыми следует признать ведущую роль, Б то время как все другие, в том числе и хозяйственная деятельность человека, играют второстепенную. Этот вывод, справедливый для относительно больших водосборов, где природные комплексы способны оказывать сопротивление воздействию человека на природный процесс, не распространяется, видимо, на малые водосборы, поверхность которых может быть подвергнута человеком кардинальному изменению (распашка, сведение леса). Отсюда следует, что при выявлении зональных особенностей стока с малых водосборов необходимо учитывать вид обработки поверхности водосбора. Выполнение этого условия позволило установить, что склоновый сток так же зонален, как и сток рек (Коронкевич, 1976), Так, например, весенний сток со склонов под зябью в лесостепи европейской части СССР составляет 20-60 мм, а в степной зоне — 5-20 мм. Географической зональности подчиняются, как видно из табл. 1, максимальные модули 1%-й обеспеченности дождевого и весеннего стока на малых водосборах (Зорина, Павлов, 1973; Павлов, 1974), причем лесостепная зона характеризуется большими их значениями, чем степная. В настоящее время еще отсутствуют обобщенные данные о годовом стоке малых водосборов и склонов, но, видимо, и его значения при одинаковом характере подстилающей поверхности будут сохранять зональные особенности.

Если существование географической зональности стока речных наносов уже не вызывает сомнений, то относительно зоны наибольшего проявления эрозии на речных водосборах единой точки зрения пока еще нет. Одни из исследователей считают, что интенсивность эрозионных процессов нарастает в направлении с севера на юг (Лопатин, 1952; Шамов, 1954), другие выделяют максимум проявления эрозии в лесостепной зоне (Маккавеев, 1955, 1974; Лисицына, 1977а), третьи — в степной (Мещеряков, 1970), а А.П. Дедков и В.И. Мозжерин (1976), например, для рек с площадью водосбора 50О-10ОО0 км2 отмечают наибольший модуль стока взвешенных наносов рек западного сектора Русской равнины – в степной зоне и восточного (бассейны рек северной Двины, Печоры, Волги, Дона) — в лесостепной. Нельзя не отметить также эволюцию взглядов Ф,Н. Милькова на зону наиболее интенсивного проявления эрозии. В первом издании работы природные зоны СССР Ф.Н. Мильков (1964, с. 139) пишет: «Среди других зон умеренного пояса лесостепь выделяется наибольшей интенсивностью проявления водной эрозии почв». Во втором издании той же работы эта фраза опущена, и на ее месте появилась другая: «Лесостепная и степная зоны – самые овражные среди других зон yмеренного пояса» (Мильков, 1977, с. 131).

Зональные изменения стока речных наносов в значительной степени обусловлены зональностью стока воды. Годовой сток взвешенных наносов рек, определенный по данным Н.Н, Бобровицкой (1972) и К,Н, Лисицыной (1976), в целом для лесостепной зоны в 1.5 раза больше, чем для степной (табл. 1). При этом в Западной Сибири и Казахстане зональные особенности стока взвешенных наносов рек выражены более резко, чем на Русской равнине. Здесь годовой сток наносов рек в лесостепной зоне в 8.5 раза больше, чем в степной, тогда как на Русской равнине это соотношение равно 1,2, Во всех упомянутых выше исследованиях сопоставлялись средние для зоны значения показателя стока наносов (мутность, модуль стока накосов, слой смыва почвы), зависящие не только от зональных факторов, но и от азональных (рельеф, площадь водосбора). Видимо, более надежно зональные особенности стока наносов могли быть выявлены не по средним для зоны его значениям, а по приведенным к некоторому значению площади водосбора.

Зональные различия в. смыве почвы проявляются и на склонах, одинаково обработанных. Так, для склонов под зябью за весенний период в пределах Русской равнины при указанных выше значениях склонового стока смыв почвы, по Н.Н, Бобровицкой (1974), в лесостепной зоне составляет 40-160 т/км2, а в степной зоне — 20-40 т/км2. Эти значения склонового смыва почвы согласуются с данными Е.П. Чернышева (1976).

Водные потоки транспортируют как продукты эрозии, так и дефляции почвы, развитие которой связано с деятельностью ветра, особенно в районах распространения легких по механическому составу почв. Согласно К.С. Кальянову (1972), лесостепная зона характеризуется умеренным развитием дефляции почвы, а степная зона – ее интенсивным проявлением. Наиболее подвержены дефляции почвы на территории Причерноморской низменности, Предкавказья и Северного Казахстана, Сильные ветры нередко вызывают пыльные бури, число дней с которыми в отдельных степных провинциях может достигать 20-26 в год (табл. 1). Пыльные бури редкой повторяемости, как бури 1969 г., способствуют значительному заилению маль1Х водохранилищ. Несмотря на более интенсивное проявление дефляции в степной зоне, этот процесс, видимо, в связи с его эпизодичностью, играет здесь второстепенную, роль в формировании стока наносов во всех звеньях гидрографической сети.

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.96MB/0.00153 sec

WordPress: 22.05MB | MySQL:120 | 1,468sec