Факторы формирования стока и водного режима

 

Рис. 5. Влияние барьерного эффекта гор на речной сток (animalkingdom.su).

 

В равнинных, особенно степных, районах ветер сносит снег с открытых склонов в балки, овраги, речные долины. Подобная аккумуляция снега в гидрографической сети приводит к увеличению поверхностного стока снеговых вод. При наличии бессточных понижений на водосборах снеговые и дождевые воды аккумулируются в них и расходуются в дальнейшем на инфильтрацию и испарение, оказывая таким образом косвенное влияние на сток и его распределение в году.

С изменением озерности изменяются соотношения между площадями, покрытыми водой и занятыми сушей. Испарение же с водной поверхности и с поверхности суши неодинаково, что влечет за собой различия в величине испарения с поверхности речных бассейнов с различной озерностью. Если площадь водосбора какой-либо реки равна F км², а озерность К_оз, то площадь, занятая водой, составляет К_оз*F км², а площадь суши (1 — Коз)* F км². При испарении слоя воды за год с водной поверхности Z_B, с поверхности суши Z_c объем испарившейся воды составит:

с водной поверхности

с суши

Суммарный объем испарения

или

т. е. испарение с бассейна с озерностью К_оз больше испарения с безозерного бассейна на величину K_оз*(Z_в — Z_c), а следовательно, сток с бассейна с озерностью Коз на эту же величину меньше, чем с безозерного бассейна, так как увеличение испарения при постоянстве осадков вызывает уменьшение стока (Давыдов Л.К. и др.,1973).

Испарение с водной поверхности  и с поверхности суши изменяется неодинаково в различных физико-географических условиях, а следовательно, и влияние озерности на величину годового стока неодинаково в различных районах. По данным А. С. Соколова, в лесной зоне при озерности, меньшей 10%, уменьшение годового стока относительно невелико (менее 10%). При озерности 30—50% и более уменьшение стока в лесной зоне становится довольно значительным и может достигать 50% и более. К югу влияние озерности на уменьшение годового стока быстро увеличивается.

Главная роль проточных  озер в круговороте воды - регулирование речного стока, его выравнивание во времени. Примерами могут служить р. Нева, сток которой хорошо зарегулирован целой системой озер, в том числе крупнейшими в Европе - Ладожским и Онежским. Река Ангара почти идеально зарегулирована глубочайшим в мире и наибольшим в Азии оз. Байкал. Другой классический пример - сток р. Святого Лаврентия, зарегулированный системой Великих озер (Важнов А.Н.,1976).

 

Рис. 6. Реки Карелии значительно  зарегулированы озерами (gamma-aspirin.narod.ru).

 

Сток с низинных болот формируется за счет грунтовых и поверхностных вод, поступающих на поверхность болота при разливах рек и в меньшей мере за счет атмосферных осадков. Иные условия формирования низинных болотных массивов и стока с них обусловливают, в частности, более высокое и более устойчивое летнее питание рек по сравнению с верховыми болотами. Это происходит вследствие того, что в периоды иизкого стояния грунтовых вод на болоте сток осуществляется из подстилающего торфяную залежь минерального грунта. Различные условия стока в межень, естественно, определяют и различное воздействие верховых и низинных болот на внутригодовое распределение стока питаемых ими рек.

В центральных районах  России (южная часть Тверской области, Московская и прилегающие к ней области, Мещерская низменность) средний многолетний сток на 15—17% меньше средних районных величин. Среднее значение наименьшего летнего стока сильно заболоченных водосборов в зоне распространения верховых болот в 2—3 раза меньше среднего минимума стока с незаболоченных территорий. Это является следствием того, что сток с естественных (неосушенных) болотных массивов имеет место лишь до тех пор, пока не истощатся запасы свободной влаги в пределах активного (в смысле фильтрации) слоя болота. При переходе уровней грунтовых вод в пределы инертного горизонта сток с болотного массива практически прекращается. Поскольку запасы воды в пределах активного слоя относительно невелики, наличие в речных водосборах болотных массивов не может способствовать регулированию стока (Чеботарев А.И., 1975).

Максимальные модули стока с болотных массивов отличаются большой устойчивостью. Так, для всех типов грядово-мочажинных болотных массивов средние максимальные модули стока равны 140—150 л/(с-км²).

Возникновение стока с болот от дождей зависит от слоя осадков за дождь и высоты стояния уровня грунтовых вод. Дожди, выпадающие при уровнях грунтовых вод, лежащих ниже деятельного слоя, вызывают подъемы уровней только в пределах инертного горизонта и, полностью аккумулируясь, не оказывают никакого влияния на сток.

Когда уровень грунтовых  вод находится в пределах деятельного слоя, каждый подъем уровней от выпадающих осадков сопровождается резким  повышением  расходов  в вытекающих  из болота водотоках.

 

5. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим.

В своей практической деятельности человек преобразует природную среду, воздействует на все элементы ландшафта, в том числе и на водные объекты. Влияние на водные ресурсы и режим рек сказывается в двух направлениях: а) изменения условий влагонакопления и расходования влаги в бассейне и б) непосредственного изменения режима стока в руслах.

В первом случае изменения  происходят в результате агротехнических, лесомелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, включающих обработку земли, посадку или вырубку лесов, орошение и обводнение в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения, осушения болот. Эти мероприятия изменяют гидрологический режим сравнительно медленно и как бы стихийно. Во втором случае мероприятия включают создание плотин и водохранилищ, изъятие воды из русел на орошение, питьевые и хозяйственные нужды или, наоборот, добавление воды из других водных систем. Изменения водного режима при этом сказываются резко и могут заранее планироваться ( Важнов А.Н., 1976).

Агротехнические и лесомелиоративные мероприятия. Распашка земель влечет за собой замедление склонового стекания талой снеговой воды, возрастание инфильтрации и испарения. Особенно сильно сказывается влияние зяблевой вспашки поперек склона. Борозды в этом случае играют роль малых запруд, задерживающих воду. По наблюдениям в Каменной степи, на поперечной зяби весной задерживается слой воды на 8-10 мм больше, чем при распашке вдоль склона.

В результате обработки  материалов наблюдений над стеканием талой воды на воднобалансовых площадках и малых водосборах, выполненной ГГИ за ряд лет, обнаружено, что обычная зяблевая пахота (до глубины 25 см) уменьшает весенний склоновый сток в лесной зоне на 10-35%, в лесостепной — на 25-40% и в степной — на 30-60%. Большой диапазон для каждой зоны объясняется различиями в уклонах и характере почв (табл. 3).

При более глубокой вспашке (до 40 см) склоновый сток уменьшается еще на 50%, а при уклонах менее 10% в годы низкой и средней водности практически прекращается. Соответственно увеличивается содержание влаги в почве.

Таблица 44

Уменьшение склонового стока (%) на зяблевой пахоте относительно стока на залежи по данным за 1951-1970 гг. (по Важнову А.Н., 1976)

 

Зона	Почвогрунты	Уклон склона, %
		10	50	100
Лесная	супесчаные суглинистые	35 25	13 10	12 10
Лесостепная Степная	суглинистые супесчаные  суглинистые	41 45 57	27 34 52	26

 

По данным Волгоградской лесомелиоративной станции, с возрастанием глубины борозд от 25 до 50 см влажность почвы возрастает на 20-30%.

С целью большего накопления влаги в почве на полях в  зоне недостаточного увлажнения проводится снегозадержание путем перепахивания снежного покрова поперек склона, мульчирования и образования кулис из стеблей подсолнуха и кукурузы, шириной 8-10 м. Благодаря кулисам запас снега на полях увеличивается в 2-3 раза, уменьшается глубина промерзания почвы и повышается инфильтрация. Для задержания талой воды на зяби иногда устраиваются также валики высотой 20-30 см.

Внесение удобрений  способствует улучшению структуры почвы, что также повышает ее водопоглотительную способность.

Лес благодаря более  равномерному залеганию снега, чем  в поле, меньшей глубины промерзания и большей скважности почв способствует переводу поверхностного стока в подземный. Выращивание полезащитных лесных полос в степной зоне, как показали исследования, благоприятно сказывается на водном балансе не только самих облесенных участков, но и межполосных полей. Снега здесь накапливается больше, а тает он медленнее, чем в открытой степи. В результате почва запасает больше влаги. По данным 15-летних наблюдений в Каменной степи (1944-1958 гг.), запас воды в метровом слое почвы весной на облесенном поле был на 11,5% больше, чем в степи. Поверхностный сток по склонам в лесных полосах на 50-80% меньше, чем на открытых полях, а при расположении полос поперек склона и 70% залесенности он вообще прекращается.

Уменьшение склонового стока под влиянием агролесомелиоративных  мероприятий сказывается на величине годового стока и его внутригодовом распределении. Сток уменьшается, а распределение в году выравнивается за счет большего поступления подземных вод. При этом, чем больше река и глубже врез русла, тем меньше снижение стока, так как возрастает подземное питание. Большое значение имеет глубина залегания грунтовых вод. При более глубоком залегании регулирующая роль подземных вод ослабевает и снижение стока будет больше. В разных физико-географических зонах влияние агромелиоративных мероприятий будет неодинаковым. Наиболее значительно оно в более засушливых степной и полупустынных зонах.

По данным А. П. Бочкова, к 1960 г. в Заволжье, на Украине и  в Молдавии годовой сток малых рек уменьшился на 5-25% (при наличии орошения и регулирования местного стока прудами). Для крупных рек лесостепной и степной зон уменьшение составило 0-4%. Исследователи по-иному оценивают дальнейшее снижение стока крупных рек под влиянием агротехники и мелиорации. По данным А. П. Бочкова, к 1980 г. оно не превысит 4-8%. М. И. Львович дает большие величины: уменьшение стока в бассейнах Днепра и Дона, по его расчетам, составит в ближайшие десятилетия 10-30%.

Важным следствием распашки земель и лесопосадок в степной зоне является уменьшение максимальных расходов половодья и паводков, увеличение продолжительности половодья и повышение водности межени. В связи с этим уменьшается опасность наводнений, эрозии и смыва почв.

Орошение  и осушение. Изъятие воды из рек на орошение производится в вегетационный период — с апреля по октябрь, и в меньшем количестве — на предвесеннюю влагозарядку. Наибольший расход воды падает на самые жаркие летние месяцы — июнь-август. Основные массивы орошения в странах СНГ, где из рек забирается наибольшее количество воды, находятся в аридной зоне — в Казахстане, Средней Азии, на Кавказе. Но в последние годы орошаемое земледелие развивается в степной зоне — в низовьях Дона, Днепра, в Заволжье — и продвигается далее на север, где орошаются огородные угодья и обводняются пастбища.

Влияние ирригационных  мероприятий сказывается как  на величине годового стока, так и на его внутригодовом режиме. Вода, подаваемая на поля, расходуется на транспирацию сельскохозяйственными культурами и непродуктивное испарение с поверхности почвы, а также каналов и водохранилищ, находящихся в ирригационных системах. Значительное количество идет на инфильтрацию в каналах и на полях. В степных районах ирригационное питание грунтовых вод равно 50-60% суммарной величины их питания, включающей также осадки, в полупустынных — 70-80%, а в пустынных — 90-95%. Инфильтрация оросительной воды сопровождается повышением уровня грунтовых вод и усилением обратного подземного оттока в реки. Вместе с тем растут непродуктивные потери на испарение из зоны аэрации.

Вода, расходующаяся на испарение, насыщение зоны аэрации, аккумуляцию в бессточных углублениях, в сумме составляет безвозвратные потери стока. Согласно данным ГГИ, для основных орошаемых массивов в бассейне Сырдарьи средняя величина безвозвратных потерь за 1967-1970 гг. была равна 65% величины водозабора. Количество возвратных вод изменялось от нуля на хлопково-люцерновом севообороте до 56-70% (от величины водоподачи) на рисовых полях.

Большие безвозвратные потери обусловливают уменьшение годового стока рек. Однако фактическое уменьшение речного стока много ниже величины указанных потерь. Так, годовой сток р. Сырдарьи в нижнем течении за последние 10-12 лет (до 1972 г.) уменьшился всего на 6-7 км³/г, тогда как безвозвратные потери составляли в среднем 21 км³/г. Это объясняется тем, что с развитием орошения сокращаются площади, занятые дикой влаголюбивой растительностью, болотами и бессточными западинами, на которых имели место непроизводительные траты воды на испарение.