Формирование гидрологического режима водосборов малых равнинных рек

На данном же этапе развития методов улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек практическое применение геосистемной концепции рекомендуется осуществляться в следующей последовательности: 1. Дается общая характеристика природных условий и хозяйственной деятельности в рассматриваемом бассейне малой реки; 2. Проводится оценка региональных изменений характеристик климата и реакции на них гидрологических процессов, формирующихся на этом водосборе (ПВСС, местного речного стока и др.); 3. Осуществляется геоэкологическое районирование водосбора по видам антропогенных воздействий, по степени экологической опасности, по интенсивности диффузного загрязнения; 4. Производится выбор малого водосбора, находящегося в «критическом» экологическом состоянии и определяется набор методов улучшения его гидрологического режима. 5. Для агросистем этого водосбора определяются вид и параметры различных агротехнологий, дается оценка гидрологической эффективности их применения по снижению ПВСС и изменению структуры водного баланса водосборов; 6. С использованием экологических критериев производится оценка гидрологической эффективности улучшения водного режима и качества воды малой реки «критического» водосбора; 7. Рассматриваются варианты применения различных методов улучшения гидрологического режима «критического» водосбора и осуществляется выбор оптимального варианта с использованием экономических критериев. 8. Даются оценки гидрологической эффективности применения комплекса мелиоративных мероприятий, разработанных для «критического» водосбора, по улучшению гидроэкологического состояния основной реки, структурным элементом которой он является.

Оценивая в целом состояние проблемы улучшения гидроэкологического состояния  малых равнинных рек необходимо отметить, что, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в решении ее основных наиболее актуальных вопросов, многие из них требуют своего дальнейшего более глубокого анализа. Проведение такого анализа возможно только на основе выявления новых закономерностей протекания как гидрологических, так и других природных и социально-экономических процессов, обусловливающих функционирование природно-антропогенных геосистем различных пространственных масштабов. Важным моментом такого анализа является разработка и использование моделей и методов, позволяющих все более адекватно описывать и прогнозировать наблюдаемые в реальности динамику и развитие этих процессов и самих природно-антропогенных геосистем водосборов малых равнинных рек.

Глава 4. Реакция гидрологических процессов, формирующихся на водосборах и речного стока малых равнинных рек на изменения регионального климата и хозяйственной деятельности

Одной из актуальных проблем современности, затрагивающей жизненно важные интересы всего человечества, является проблема глобальных изменений климата. Исследованию различных аспектов этой проблемы посвящено множество работ, выполненных в разных странах мира, которые в значительной степени обобщенны в трудах М.И. Будыко, Г.С. Голицина, Ю.А. Израэля, К.Я. Кондратьева, В.М. Котлякова и других исследователей, а также в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, IPCC) [Ю.А. Израэль и др., 2007].

Глобальные изменения климата неизбежно приводят к трансформации естественного хода многих природных процессов и изменениям во всех компонентах биосферы на глобальном, региональном и локальном уровнях [С.Г. Добровольский, 2002]. Оценка экологических, экономических и социальных последствий изменения климата является важным направлением исследований этой проблемы [Материалы Конференции по климату, 2004].

В диссертации приведен обзор основных работ, выполненных в рамках этого направления. Отмечено, что, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в исследовании реакции различных природных процессов и социально-экономических систем на колебания климата, малоизученным остается вопрос о влиянии этих изменений на ПВСС и речной сток малых равнинных рек и на факторы, определяющие условия формирования этих процессов и характеризующие гидротермическое состояние водосборов на начало снеготаяния (максимальные снегозапасы, влажность почвы, глубина ее промерзания). В тоже время его решение очень важно для выявления тенденций изменения водного режима водных объектов и территорий, а также разработки и осуществления адаптационных мероприятий [И.А. Шикломанов, В.А. Георгиевский, 2002]. Как отмечалось ранее (глава 1), на ПВСС и обусловленный им годовой и весенний речной сток малых рек помимо колебаний регионального климата существенное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека. Поэтому многолетние колебания этих гидрологических процессов необходимо рассматривать как результат их совместного влияния.

4.1 Основные задачи и исходные данные

Оценка реакции межгодовой изменчивости рассматриваемых гидрологических процессов на соответствующие колебания характеристик регионального климата в данной работе основана на решении нескольких частных задач с использованием различных статистических методов анализа временных рядов [А.В. Рождественский, А.И. Чеботарев, 1974; В.М. Евстигнеев, 1990].

Такими задачами являлись:

1. Оценка репрезентативности данных наблюдений о многолетней и годовой изменчивости характеристик климата на опорных метеостанциях для других территорий в пределах рассматриваемых природных зон;

2. Оценка вклада изменчивости показателей климата в теплые (апрель-октябрь) и холодные (ноябрь - март) сезоны года в формирование многолетней изменчивости их средних годовых величин;

3. Выявление закономерностей в многолетних колебаниях средних годовых значений показателей климата, факторов гидротермического состояния водосборов, ПВСС и речного стока малых равнинных рек;

4. Оценка однородности рядов наблюдений;

5. Оценка времени запаздывания в наступлении маловодных и многоводных фаз в многолетних колебаниях гидрологических процессов на водосборах и речного  малых равнинных рек по отношению к соответствующим многолетним колебаниям  характеристик климата.

Исходными данными являлись длительные ряды ПВСС и факторов гидротермического состояния  для экспериментальных водосборов трех опорных БВС (более 40 лет), средних месячных величин температуры воздуха и сумм осадков, годового стока на ближайших к ним метеостанциях и в замыкающих створах малых рек, расположенных в южной части лесной, лесостепной и степной зонах Русской равнины (от 60 до 75 лет). Ими являлись: лога «Лесной» и «Полевой» воднобалансового стационара «Малая Истра», м/с «Новый Иерусалим», р. Истра – п. Павловская Слобода; лог «Малютка» Нижнедевицкой ВБС с одноименной м/c, р. Хопер – п. Новохоперск; стоковые площадки с разным видом подстилающей поверхности (зябь и уплотненная почва) Волгоградского стационара Всероссийского НИИ агролесомелиорации РАСХН (ВНИАЛМИ), м/c «Волгоград - СХИ», и р. Иловля – п. Александровка, соответственно. Особенностью использованных данных являлось то, что они охватывали современный период, вплоть до 2000 – 2004 годов. При этом исходили из того, что ПВСС, формирующийся в логах, включает в себя также сток верховодки и внутрипочвенный сток, доля которых в отдельные годы в его общем объеме может составлять 10 –20%.

Для восстановления пропущенных данных о значениях факторов формирования ПВСС и речного стока использованы приведенные в работе уравнения регрессии между этими факторами и различными гидрометеорологическими характеристиками в зимние сезоны, коэффициент корреляции между которыми r > 0,4.

4.2 Репрезентативность данных опорных метеостанций о многолетних колебаниях регионального климата для других регионов в пределах природных зон

В работе рассматривается возможность распространения многолетних метеорологических данных наблюдений на опорных метеостанциях для территорий других регионов в пределах рассматриваемых природных зон.

В табл. 2 приведены осредненные величины средних многолетних характеристик показателей климата и их пространственной изменчивости, рассчитанные по данным для субъектов РФ и сопредельных государств (Белоруссия, Украина, страны Балтии), агрегированных по рассматриваемым природным зонам [Научно-прикладной справочник…, 1989].

Таблица 2.

Характеристики пространственной изменчивости средних многолетних значений показателей климата на территории Русской равнины.

Результаты расчетов показывают, что пространственная изменчивость средних многолетних годовых осадков и средней многолетней годовой температуры воздуха в каждой из природных зон в целом невелика. Это позволяет считать, что закономерности их многолетних изменений, полученные для рассматриваемых опорных метеостанций, могут быть распространены на территории других регионов, расположенных в пределах одной и той же природной зоны.

Подтверждением этому являются достаточно высокие коэффициенты корреляции между средними годовыми характеристиками этих показателей климата для опорных метеостанций и метеостанциями, расположенными на других территориях в каждой из природных зон (табл.3).

Таблица 3.

Коэффициенты корреляции между средними годовыми характеристиками показателей климата на опорных  и других метеостанциях в пределах природных зон на Русской равнине.