Автор: Шикломанов И.А.
Теги: гидросфера вода в целом общая гидрология промышленность гидрогеология экология хозяйственная деятельность
ISBN: 5-286-00170-X
Год: 1989
Текст
И. А. Шакломанов
ВЛИЯНИЕ
ХОЗЯЙСТВЕННОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
НА РЕЧНОЙ СТОК
Ленинград Гидрометеонздат 1989
УДК 556.18.004.65:556.16
Рецензент С. К. Чернявский
В книге рассматриваются различные факторы хозяйственной деятель-
ности, оказывающие наибольшее влияние на количественные характери-
стики речного стока. Дается классификация расчетных методов оценки
и прогноза антропогенных изменений стока. Описываются методические
приемы и приводятся данные по влиянию на речной сток водохранилищ,
прудов, орошения, осушения, вырубки лесов, промышленно-коммуналь-
ного водоснабжения и урбанизации.
Анализируются возможности использования математического модели-
рования для оценки влияния хозяйственной деятельности на гидрологи-
ческий режим; большое внимание уделено проблеме воздействия антро-
погенных изменений климата на водные ресурсы.
Рассчитана на гидрологов, водохозяйственников, проектировщиков.
The monograph “Man’s Activity Impact on River Runoff” by I. A. Shiklo-
manov describes various factors of man’s activity most greatly affecting
the quantitative characteristics of river runoff. Design methods for the as-
sessment and prediction of anthropogenic runoff changes are classified.
Methodological ways are described and data are given on the influence of
ponds, reservoirs, irrigation, drainage, forest cut, industrial and municipal
water supply and urbanization on river runoff.
Possibilities of mathematical modelling application are analysed for the
evaluation of man’s impact on the hydrological regime; much emphasis is
focussed on the problem of the effect of anthropogenic changes of climate
on water resources.
The monograph is intended for hydrologists, water managers and de-
signers.
1805040700-176
069(02)-89
26-89
© Гидромстеоиздат, 1989 г.
ISBN 5-286-00170-X
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая читателю монография посвящена наиболее ак-
туальной проблеме современной гидрологии — исследованию влия-
ния хозяйственной деятельности на различные характеристики реч-
ного стока. Эта проблема имеет не только особую важность и ак-
туальность с научно-технических позиций, по и приобретает
в последние годы чрезвычайно большое общественное и социальное
звучание с точки зрения охраны окружающей среды ввиду крити-
ческой ситуации, в которой оказались многие наши уникальные
водные системы, реки и озера.
Говоря об экологическом состоянии водных объектов, планируя
меры по их изучению и охране, чаще всего имеют в виду только
аспекты загрязнения, не придавая большого значения воздействию
человека на количественные характеристики гидрологического ре-
жима: годовой и сезонный сток, уровни воды, максимальные и ми-
нимальные расходы, внутригодовое распределение стока. Тем не
менее во многих случаях именно влияние человека па гидрологи-
ческий режим рек является главной причиной резкого ухудшения
экологической ситуации обширных регионов (достаточно упомя-
нуть, например, проблему Аральского моря, проблему деградации
малых рек и т.п.). Указанным вопросам в основном и посвящена
настоящая монография.
Главная цель монографии — обобщить опыт исследований, вы-
полненных за последние годы в ГГИ, в других организациях пашей
страны н за рубежом по проблеме влияния антропогенных факто-
ров на речной сток, дать критический анализ различных методиче-
ских приемов оценки и прогноза, полученных результатов и выво-
дов, предложить практические рекомендации по оценке влияния
различных видов хозяйственной деятельности на гидрологический
режим, изложить современные концепции по наиболее дискуссион-
ным аспектам рассматриваемой проблемы.
В монографии приводится большой фактический материал по
результатам оценок п прогнозов антропогенных изменений систем
рек СССР па перспективу, выполненных в ГГИ в период
1975—1987 гг.
Учитывая большую важность для оценки гидрологического
режима и водных ресурсов будущего возможных антропогенных
изменений климата, автор счел необходимым уделить особое впи-
1*
3
мание изложению итогов исследований по этой проблеме, в основ-
ном применительно к вопросам гидрологии и водного хозяйства.
В связи с этим рассмотрены задачи научных исследований в обла-
сти изучения водных ресурсов и расчетов речного стока.
Автор выражает искреннюю признательность своим коллегам
по работе и прежде всего сотрудникам лаборатории гидрологиче-
ского обоснования водохозяйственных проблем ГГИ В. Ю. Геор-
гиевскому, О. И. Крестовскому, А. И. Моисеенкову и другим, ус-
пешная творческая деятельность которых во многом способ-
ствовала появлению настоящей монографии. Автор признателен
рецензенту монографии известному гидрологу С. К- Черкавскому,
замечания и предложения которого помогли устранить некоторые
недочеты рукописи, уточнить ряд положений и выводов. Особо
автор благодарит Т. Шалыгину за помощь при подготовке ру-
кописи к изданию.
Глава
Факторы хозяйственной деятельности
и методические основы оценки влияния их
на речной сток
1.1. Актуальность проблемы изучения
антропогенных изменений речного стока
Количественные характеристики водных ресурсов, особенно
ежегодно возобновляемых ресурсов пресных вод, представляемых
годовым стоком рек, прежде всего необходимы для решения
проблем современного и перспективного водообсспечеиия населе-
ния, промышленности и сельского хозяйства, разработки мероприя-
тий по охране окружающей среды. При этом в условиях современ-
ного проектирования требуются не только средние многолетние
данные о водных ресурсах, включая их естественную изменчивость,
но и надежные оценки происшедших и ожидаемых в перспективе их
изменений под влиянием хозяйственной деятельности.
Говоря об изменениях речного стока под влиянием хозяйствен-
ной деятельности, обычно имеют в виду два аспекта проблемы: из-
менения качества природных вод в результате их загрязнений
и изменения общего количества водных ресурсов и распределения
во времени и в пространстве стока рек за счет непосредственного
потребления вод и преобразования условий их формирования.
В настоящей монографии рассматривается главным образом вто-
рой аспект проблемы, т. е. антропогенные изменения количествен-
ных характеристик речного стока, приводящие к истощению вод-
ных ресурсов в пределах речных бассейнов и природно-экономиче-
ских районов.
Прогноз изменений различных характеристик речного стока под
влиянием хозяйственной деятельности, восстановление их есте-
ственных значений прежде всего необходимы для:
— оценки водных ресурсов бассейнов рек, экономических
районов;
— обобщения стоковых характеристик по территории и по
высоте в зависимости от различных природных факторов;
— исследования пространственно-временных закономерностей
многолетних колебаний стока;
— определения расчетных гидрологических характеристик для
строительного и водохозяйственного проектирования;
— оценки антропогенных изменений качества речных вод;
— разработки и осуществления мероприятий по комплексному
использованию и охране водных ресурсов;
— решения различного рода эколого-экономических задач, на-
правленных на предотвращение или смягчение происшедших
5
пли ожидаемых негативных изменений в природной среде,
обусловленных использованием или преобразованием водных
ресурсов.
В частности, выводы об антропогенных изменениях речного
стока крупных рек СССР па перспективу должны быть основными
исходными данными при составлении схем комплексного использо-
вания и охраны водных ресурсов до 1990—2000 гг. и на последую-
щие периоды для отдельных регионов, речных бассейнов и для
страны в целом, в том числе для планирования и разработки
крупномасштабных мероприятий по переброскам части стока се-
верных и сибирских рек в южные районы. Знать, каким будет
годовой сток в отдаленной перспективе особенно важно для многих
южных рек СССР, которые впадают во внутренние моря (Каспий-
ское, Азовское, Аральское, оз. Балхаш) и во многом определяют
их уровенный режим, водный и солевой баланс, биологическую
продуктивность.
Еще совсем недавно в практике водохозяйственного проектиро-
вания статистические параметры водных ресурсов, полученные по
данным наблюдений за прошлый период, принимались за основу
при проектировании гидротехнических сооружений и водохозяй-
ственных систем, которые предполагается эксплуатировать в буду-
щем в течение многих десятилетий. Таким образом, предполага-
лось, что будущие колебания климата и водных ресурсов будут
аналогичны тем, которые наблюдались в прошлом. До настоящего
времени эта концепция в полной мере используется при расчетах
максимальных расходов речного стока редкой повторяемости для
строительного проектирования.
Следует отметить, что многолетний опыт проектирования и экс-
плуатации водохозяйственных систем во всем мире показал пра-
вильность и плодотворность принятия указанных предпосылок (во
всяком случае до настоящего времени). Об этом же свидетель-
ствуют исследования колебаний речного стока за многолетние
периоды, выполненные различными авторами, в частности извест-
ным американским гидрологом-статистиком В. Иевджсвпчсм [284,
359] для годового стока рек мира с наиболее продолжительными
наблюдениями. Используя методы корреляционного и спектраль-
ного анализа, он рассмотрел две выборки данных наблюдений за
стоком рек продолжительностью по 85 лет — одну до 1890 г., дру-
гую—за 1890—1975 гг. В. Иевджевич [284] пришел к выводу, что
результаты его исследования «могут принести утешение тем, кто
занят практической деятельностью — проектирует системы и при-
нимает решения, делая заключения па основе лучших дачных
прошлых лет, предполагая, что будущее будет похоже па прошлое.
Те, кто сомневается в этом подходе, могут перенестись мысленно
в 1890 г. (располагая данными инструментальных измерений при-
мерно за 85 лет, которые имелись в то время) и строить предполо-
жения относительно поведения тех явлений в период 1890—1975 гг.
Как бы они удивились точности своих предположений, основанных
6
на временном постоянстве данных о годовых осадках и годовом
стоке».
Однако положительный опыт многолетней эксплуатации водо-
хозяйственных систем в мире, самые надежные исследования ко-
лебаний стока за прошлый период, по-видимому, вряд ли могут
служить достаточно убедительным основанием для специалистов,
которые сейчас занимаются долгосрочным перспективным планиро-
ванием и должны принимать решения по поводу разрабатываемых
в настоящее время очень дорогостоящих крупномасштабных водо-
хозяйственных систем, рассчитанных на эксплуатацию в весьма
отдаленном будущем, через пятьдесят, сто лет и более. И дело
здесь прежде всего в том, что в современных условиях хозяйствен-
ная деятельность человека достигла таких масштабов, что стала
оказывать большое влияние не только на качество вод и гидрологи-
ческий режим, но и на суммарные водные ресурсы больших речных
бассейнов и регионов и даже на глобальный влагооборот и климат
и с каждым годом это воздействие становится все более значитель-
ным [303].
Человек всегда использовал в своих целях водные объекты
и потреблял пресную воду, но в течение многих сотен лет влияние
его деятельности на водные ресурсы было очень незначительным
и имело узкий локальный характер. Замечательные свойства при-
родных вод — их возобновление в процессе круговорота и способ-
ность к самоочищению — в общем позволяли в течение долгого
времени сохранять относительную чистоту, количество и качество
пресных вод. Это порождало известную иллюзию неизменности
и неисчерпаемости водных ресурсов, которые нередко стали рас-
сматривать как бесплатный дар природы. В этих условиях сложи-
лись традиции беззаботного отношения к использованию водных
ресурсов, концепции минимальных затрат для очистки сточных вод
и для охраны водных объектов. Положение коренным образом
изменилось в последние десятилетия; во многих районах и странах
мира стали все яснее обнаруживаться плоды многолетней, порой
неразумной деятельности в отношении непосредственного использо-
вания водных ресурсов и преобразования поверхности речных водо-
сборов, где они формируются. В значительной мере этому способ-
ствовал резкий скачок водопотребления в мире, начавшийся
в 50-х годах XX столетия в связи с интенсивным развитием произ-
водительных сил во всех сферах экономики, вызванных техниче-
ским прогрессом в результате научно-технической революции.
Например, как следует из рис. 1.1, во всем мире прирост годо-
вого водопотребления за 50 лет (с 1900 по 1950 г.) составил всего
780 км3, а за 10 лет (с 1951 по 1960 г.) —630 км3, т. е. интенсив-
ность прироста в это десятилетие увеличилась по отношению
к предшествующему периоду более чем в 4 раза [302]. В после-
дующие годы прирост полного водопотребления еще более увели-
чивался и составлял в целом по земному шару 700—1000 км3 за
каждые 10 лет. Столь значительный прирост водопотребления
в мире с середины XX столетия объясняется резким увеличением
7
Рис. 1.1. Динамика водопотребления в мире за 1900—
2000 гг.
Сплошные липпи •— полное водопотребленис, пунктирные —
безвозвратное; а — в целом для мира, б— по континентам;
/ — Европа, 2 —Азия, 5 —Африка, 4 —Северная Америка,
5 —Южная Америка, £ —Австралия н Океания.
площадей орошаемых земель, являющихся основным потребите-
лем пресной воды, ростом водоемкости промышленного производ-
ства и теплоэнергетики, интенсивным сооружением водохранилищ
на всех континентах (рис. 1.1 и 1.2). Так, за первые 50 лет XX сто-
Рис. 1.2. Динамика орошаемых площадей и потребле-
ние пресной воды в мире различными потребителями
за 1900—2000 гг.
/ — площади орошения, 2 — недопотребление на сельское хо-
зяйство, 3 — промышленность и теплоэнергетика, 4 — коммуналь-
ное хозяйство, 5 — водохранилища; сплошная линия — полное
водопотрсбленис, пунктирная — безвозвратное.
летия площади орошаемых земель в мире возросли примерно на
54 млн. га, а всего за десятилетие (с 1950 по 1960 г.) на 41 млн. га
Особенностью промышленного недопотребления начиная с 50-х го-
дов является возрастание роли водоемких отраслей промышленно-
сти— производства синтетических волокон, пластмасс, целлюлозы,
нефтехимических материалов, которые требуют огромного количе-
ства пресной воды. Для производства 1 т указанных веществ тре-
буются сотни и даже тысячи тонн воды, которая после использо-
вания в больших количествах, зачастую без очистки, сбрасывается
в водные объекты, обусловливая их прогрессирующее загрязнение.
В качестве главнейшего водопотребителя в промышленности
9
в последние десятилетия выступает теплоэнергетика, требующая
очень много воды для охлаждения агрегатов (при прямоточной си-
стеме водоснабжения примерно 1,2—1,6 км3 воды в год на 1 млн. кВт
мощности); примерно в 1,5 раза больше требуется воды для выра-
ботки электроэнергии па атомных станциях.
В соответствии с данными, приведенными на рис. 1.1 и 1.2,
сброс сточных вод в реки и водоемы растет в мире начиная
с 50-х годов еще более высокими темпами, чем объем водопотреб-
ления; особенно растет сброс стоков в результате использования
воды промышленностью и теплоэнергетикой, которые дают в на-
стоящее время половину всех сточных вод.
В последние десятилетия водохранилища, увеличивая испарение
в районах недостаточного увлажнения и уменьшая суммарные вод-
ные ресурсы, также заметно способствуют росту интенсивности во-
допотребления. После 50-х годов созданы все крупнейшие водохра-
нилища мира объемом более 50 км3; общий объем водохранилищ
мира за этот период вырос более чем в 25 раз. Водохрани-
лища не только увеличивают испарение, но и способствуют боль-
шему загрязнению пресных вод за счет увеличения периода водо-
обмена воды в русловой сети и замедления процессов самоочи-
щения.
Во всем мире в 50-е годы началась резкая деградация природ-
ной среды. Негативное влияние человека па природу имело место
и раньше, но оно было не столь значительным и природа или во
многом сама справлялась с последствиями, либо эти последствия
ввиду их малости слабо отражались на водных объектах. Во вся-
ком случае, как показывают многочисленные примеры исследова-
ния влияния хозяйственной деятельности па сток самых различных
рек нашей страны [298], примерно до 1950—1955 гг. заметных
антропогенных изменений их режима обнаружить не удавалось и
в те годы проблема влияния хозяйственной деятельности на сток
рек, естественно, не была столь актуальной и имела в основном
чисто научный характер. Причем это касалось не только количе-
ственных характеристик речного стока, по и загрязнения крупных
рек, качества природных вод.
Весьма интересные, хотя и косвенные подтверждения этому
можно найти в работах крупного ученого Т. Хейердала, в частно-
сти, в выводах, которые он сделал по результатам своих путеше-
ствий в небольшой брошюре «Уязвимое море» [274]. Он писал, что
в 1947 г. в путешествии на плоту «Кон-Тики» в течение 100 сут на
расстоянии 8 тыс. км «экипаж на всем протяжении не видел ника-
ких следов человеческой деятельности, океан был чист и ПР^3Р3'
чен». В 1969 и в 1979 гг. во время путешествий на «Ра» и «1 а-2»
ученый был поражен, как люди сумели испортить и загрязнить
океан. Всюду плавал мусор, нефтяные пятна простирались на
десятки миль, из 57 сут дрейфа 43 дня путешественники вылавли-
вали комки мазута.
В Мировой океан значительный объем загрязнений поступает
с суши со стоком рек. Раньше океан — эта своего рода гигантская
10
очистительная установка — легко справлялся с теми загрязне-
ниями, которые в него поступали; теперь они там накапливаются.
Происходит это не только потому, что резко возрос объем сточных
вод в море, но и изменился их состав. Сейчас вместе со сточными
водами в результате смыва с сельскохозяйственных полей и урба-
низированных территорий в водные объекты поступает огромное
количество загрязняющих веществ, которые созданы человеком
в последние десятилетия, никогда не встречались в природе и с ко-
торыми природа не научилась бороться: пластмассы, стиральные
порошки, гербецпды и пестициды и другие многочисленные синте-
тические вещества, которые не разлагаются, накапливаются в во-
доемах или разносятся по всему свету в процессе круговорота ве-
ществ в природе.
Таким образом, именно в последние 25—30 лет имеет место
особенно интенсивное изменение гидрологического режима рек
и озер, качества их вод, водных ресурсов и водного баланса. В бо-
лее ранние годы эта проблема, естественно, не была столь акту-
альной, острой и практически направленной. Однако возникновение
ее в наше время далеко не для всех ученых было неожиданным.
Так, крупнейший ученый-гидролог пашей страны В. Г. Глушков
[227], на многие годы определивший основные направления и за-
дачи развития гидрологии в СССР, еще 50 лет назад предсказы-
вал именно такой характер и тенденции развития гидрологической
науки. По мнению 'Глушкова, одной из важнейших задач гидроло-
гии является изучение влияния хозяйственной деятельности чело-
века на водные ресурсы и водный баланс. В 1932 г. он писал [85]:
«Перспективно гидрология от естественных вод должна будет
перейти к водам измененным, отклонения которых будут прогрес-
сивно возрастать», и поэтому гидрология «должна изучать про-
цессы в таких измененных ландшафтах, потому что они будут
вытеснять естественные ландшафты. Все это говорит за целесооб-
разное и существенное расширение объема гидрологии, включая
в нее и искусственную гидрологию или гидрологию от хозяйствен-
ной деятельности».
Предсказания ученого полностью сбылись в наше время. Сейчас
в наиболее обжитых районах земли практически невозможно
найти крупную речную систему, режим которой не был бы нарушен
деятельностью человека. Во многих районах в результате хозяй-
ственной деятельности водные ресурсы из-за их количественного
и качественного истощения уже не могут удовлетворять все воз-
растающие потребности в них и становятся фактором, сдерживаю-
щим дальнейшее развитие экономики и рост благосостояния насе-
ления. Не случайно в 1978 г. в Аргентине Организацией Объеди-
ненных Наций была проведена первая Всемирная конференция
по водным ресурсам, которая отметила имеющее место уже в на-
стоящее время неблагополучие с пресной водой в трети стран мира
и приближение таких же трудностей к концу столетия практически
во всех странах мира. Конференция позволила существенно расши-
рить международное сотрудничество и начать более скоординиро-
II
ванные действия в области водных ресурсов, обратила внимание
широкой общественности, правительств, планирующих органов,
лиц, принимающих решения к водным проблемам, к водному хо-
зяйству, к развитию гидрологической науки.
Начиная с 50-х годов начались и заметные антропогенные изме-
нения стока крупных рек, прежде всего в районах переменного
и недостаточного увлажнения. Все чаще стал ощущаться дефицит
водных ресурсов, особенно в маловодные годы, обострилась
проблема истощения водных ресурсов на больших территориях.
В самые последние годы интерес к оценке и прогнозу количе-
ственных изменений водных ресурсов и учету этих изменений
в перспективном планировании еще более возрос в связи с реально
возникшей проблемой возможных в ближайшей перспективе весьма
значительных изменений глобальных климатических характеристик
(температуры воздуха, осадков), особенно в высоких широтах се-
верного полушария, обусловленных антропогенными изменениями
- газового состава атмосферы, и, в частности, ростом концентрации
углекислого газа. Антропогенные изменения климатических харак-
теристик могут быть столь значительными [34], что приведут
к существенным преобразованиям гидрологического цикла, коли-
чества водных ресурсов, их распределения во времени и по терри-
тории, экстремальных характеристик речного стока и их изменчи-
вости, которые нельзя не учитывать при разработке долгосрочных
планов комплексного использования и охраны водных ресурсов,
при проектировании долговременных водохозяйственных меро-
приятий.
1.2. Классификация факторов
хозяйственной деятельности
В пределах речных водосборов па сток оказывает влияние мно-
жество факторов хозяйственной деятельности, главными из кото-
рых, с точки зрения воздействия на количественные характеристики
речного стока, являются: русловое регулирование, орошаемое зем-
леделие, переброски стока, промышленно-коммунальное и сельско-
хозяйственное водоснабжение, осушение болот и заболоченных
их групп.
связанные с заборами воды из
। использованием этих ВОД
----------- вод снова в водные
тся недопотребление на нужды ком-
земель, вырубка и посадка леса, агролесомелиоративные мероприя-
тия, урбанизация, разработка карьеров и водоотлив из шахт, обва-
лование и выпрямление русел, выемка грунта из русел рек.
Гю характеру воздействия па водные ресурсы и гидрологи-
ческий режим все факторы хозяйственной деятельности могут быть
ооъедииеиы в следующие пять болыш
1. Факторы, непосредственно с....
пп^ог0" Сети (°зер’ водохранилищ),
обтр^ИГе1гЯМИ..П сбР°сам» использованных
объекты. К этой группе относя-
xoSctS теплоэнергетики, сельеко-
части
водоснабжения, т рапспорта;
12
стока за пределы бассейна и т. п. Масштабы воздействия указан-
ных факторов на гидрологические характеристики и качество вод
определяются основными характеристиками водопотребления
(объемом водозабора, безвозвратным водопотреблением, объемом
сброса или водоотведения) по отношению к естественному стоку
реки или объему озера; в зависимости от указанных соотношений
эти факторы хозяйственной деятельности могут оказывать заметное
влияние на малые и средние, а иногда и на большие реки, при этом
условия формирования стока на водосборе практически не изме-
няются. Следует отметить, что сброс, или водоотведение — очень
важная характеристика для оценки загрязнения и изменения ка-
чества природных вод.
Переброски части стока за пределы бассейна — частный случай
водопотребления, когда QB36 = Qon (водозабор равен безвозврат-
ному потреблению воды).
2. Факторы хозяйственной деятельности, связанные с преобра-
зованиями в русловой сети бассейна: создание и эксплуатация во-
дохранилищ и прудов, обвалование русел для предотвращения
разливов, выпрямление русел, выемки грунта из русел рек и т. п.
Создание огромных отдельных водохранилищ и целых каскадов
может коренным образом преобразовать гидрологический режим
реки, изменить качество вод и суммарные водные ресурсы бас-
сейна. Воздействие это обычно тем больше, чем больше отношение
объема водохранилищ к общему стоку реки и чем значительнее
суммарная дополнительная площадь водного зеркала водохрани-
лищ. За счет водохранилищ существенным образом преобразован
гидрологический режим таких крупных рек СССР, как Волга,
Днепр, Доп, Кура, Амударья, Сырдарья, Апгара, Иртыш и др.
[297]. Создание прудов даже в больших количествах в районах
недостаточного увлажнения обычно оказывает заметное влияние
па сток малых и средних рек.
Воздействие таких факторов, как обвалование русел с целью
уменьшения разливов, выпрямление русел и выемки грунта носит,
как правило, локальный характер и оказывает наибольшее влияние
на режим отдельных участков рек и качество вод. Однако для от-
дельных бассейнов в аридных районах эти мероприятия в резуль-
тате уменьшения непродуктивного испарения могут оказывать
существенное влияние и па водный баланс речных бассейнов и го-
довой сток в замыкающих створах (например, р. Кура в зоне
Kvpa-Араксинской низменности, Кубань в нижнем течении
[298, 300]).
3. Факторы хозяйственной деятельности, связанные с преобра-
зованием поверхности водосбора и изменяющие испарение и усло-
вия формирования стока па водосборе. К ним относятся:
— распашка земель, проведение комплекса агротехнических ме-
роприятий, использование лугов под пастбища и т.п.; оказы-
вают влияние обычно на гидрологический режим малых
и средних рек, минимальный и максимальный сток, внутри-
годовое распределение, менее существенно на годовой сток,
13
особенно значительно па сток наносов и качество природ-
ных вод;
— осушение болот н заболоченных земель; влияет на количе-
ственные характеристики режима, в основном малых и
средних рек, годовой сток, меньше на качество речных
вод;
— вырубка леса и лесовосстановление (естественное и искус-
ственное); изменяют все основные компоненты водного ба-
ланса в основном для малых и средних рек, гидрологический
режим, качество вод; степень воздействия зависит от типа
и возраста леса и может сказываться па протяжении десят-
ков лет после проведения мероприятий;
— урбанизация; изменяет все характеристики водного баланса
и стока, подземные воды, качество вод особенно сильно для
малых рек, менее значительно для средних.
Горнорудные разработки влияют па все характеристики ре-
жима, испарение и суммарный годовой сток при понижении уров-
ней грунтовых вод на больших территориях; изменяют качество
речного стока за счет сбросов в реки шахтных вод, в результате
эрозии и размывов при горных выработках; особенно значительные
воздействия на малые и средние реки.
4. Факторы хозяйственной деятельности, оказывающие влияние
на сток как в результате водозаборов из русловой сети, так и пу-
тем преобразования поверхности водосбора (орошаемое земледе-
лие, эксплуатация подземных вод и др.). Орошение, получившее
широкое распространение в аридных и субаридных районах, может
оказывать очень значительное влияние на все характеристики
стока и иа качество вод малых, средних и больших речных бас-
сейнов.
Водозабор подземных вод непосредственно влияет на подзем-
ный сток в реки; изменяет испарение и условия формирования
стока на водосборах при понижении уровней грунтовых вод
(в районах воронок депрессий); оказывает основное влияние иа
сток малых и средних рек.
5. Факторы хозяйственной деятельности, влияющие на водный
баланс, водные ресурсы и гидрологический режим посредством
изменения общих метеорологических и климатических характе-
ристик. Эти изменения обусловлены разными физическими процес-
сами, существенно различны по интенсивности воздействия и пло-
щади охвата и включают в себя:
— изменения регионального климата и метеорологических ус-
ловий в результате воздействия человека на растительный
покров, развитие урбанизации, сооружения водохранилищ,
расширения орошаемых и осушаемых площадей; непосред-
ственно в районах проведения указанных мероприятий про-
исходят изменения отражательной способности (альбедо)
земной поверхности, испарения и влажности почвы, аэроди-
намической шероховатости земной поверхности и других
характеристик метеорологического режима, что приводит
14
к преобразованию водного баланса и гидрологического ре-
жима малых и средних рек;
— возможные изменения глобального климата и влагооборота
в результате использования в больших масштабах пресных
вод; дополнительная влага, поступающая в атмосферу за
счет безвозвратного водопотребления на хозяйственные
нужды способствует выпадению дополнительных осадков
и формированию дополнительных водных ресурсов; этот
эффект может иметь место только при рассмотрении вод-
ного баланса в пределах очень больших территорий (по-
рядка континентов);
— влияние человека на состав атмосферы в результате поступ-
ления в атмосферу дополнительного тепла, повышения кон-
центрации СО2, малых газовых составляющих (фреоны,
окислы азота, метан и др.) и атмосферного аэрозоля; наи-
большую роль в возможных изменениях климата и водных
ресурсов играет повышение концентрации СО2 в атмосфере,
обусловленное все возрастающим сжиганием топлива в мире
и приводящее к неизбежному повышению температуры ниж-
него слоя воздуха, изменению циркуляции атмосферы, осад-
ков, испарения и водных ресурсов в региональном и гло-
бальном масштабах.
В пределах больших речных бассейнов одновременно действуют
многие из перечисленных выше видов хозяйственной деятельности,
относящиеся к различным группам, которые могут оказывать раз-
личное влияние на водный режим в зависимости от естественных
циклических колебаний гидрометеорологических элементов, от ха-
рактера использования вод и преобразованных территории, от
местных физико-географических условий и факторов подстилающей
поверхности.
1.3. О возможностях антропогенных изменений
отдельных элементов гидрологического цикла
Для выявления масштабов и возможностей влияния хозяйствен-
ной деятельности человека рассмотрим простейшую схему глобаль-
ного влагооборота или круговорота воды на Земле, представленную
на рис. 1.3.
Принимая приближенно, что поступление водяных паров в кос-
мическое пространство уравновешивается приходом воды из кос-
моса, а приток ювинильных вод из глубин земли равен затратам
воды на гидратацию, основные уравнения глобального круговорота,
осредненные за многолетний период, могут быть представлены
в следующем виде:
— для земного шара в целом
Р = рок 4- Р[ 4- р" = £ок -ф Е'. + е" = Е,
(1.1)
— для океанов
ок
-- РОК 4“ Рок + под
пов>
(1.2)
— для областей внешнего стока суши и больших речных бас-
сейнов
— для бессточных областей суши
(1.3)
Приход боды
из космоса
Поступление водяных
паров в космос
Р^-ИООООкм3
Рск^б8000км
(1270 мм)
606000 НМ
(1400 мм)
р”*9000км
(300мм)
Ес 9000 км3
(300мм)
Ес 63000 км3
(529мм)
пов - 446 Окм3
Затраты воды\
на гидратацию1
Суша
Области
внутреннего стока
бессточные области
Приток ювенильных
вод
// 2
F = 30 млн. км
Океан
F^36t млн. кмг
\^од~^00 км
. (!9мм)
Области
I Внешнего стока
| Ес 119 млн.км2
Рис. 1.3. Схема глобального нлагооборота.
В формулах (1.1) — (1-4) Р н Е— осадки и испарение, суммар-
ные для земного шара; Рок и ЕО1-— то же для океанов; Рс и Ес —
то же для областей внешнего стока суши; Рс и Д — то же для
областей внутреннего стока (бессточных); Кп,,,, и КцОД— поверх-
ностный и подземный сток в океан.
Количественные характеристики всех указанных элементов,
принятые по данным [194], приведены па рис. 1.3.
Атмосферные осадки Р, выпадающие па любую территорию, ус-
ловно можно разделить па осадки Ради, выпадающие из адвектив-
ного пара, принимаемого извне, и осадки Ре, выпадающие из
пара, образовавшегося в результате испарения над данной терри-
торией. Соотношение между указанными характеристиками осад-
ков определяется коэффициентом нлагооборота
16
Для относительно небольших территорий (с линейными разме-
рами до 1500 км), где можно пренебречь нелинейностью распреде-
ления испарения и осадков по территории, коэффициент влагообо-
рота обычно определяется по формуле М. И. Будыко и О. А. Дроз-
дова [95]
/<вл =
Рис. 1.4. Зависимость коэффици-
ента влагооборота /<Сл от линей-
ных размеров территории V F.
Е1
2^Ап '
Для больших территорий используется несколько другая фор-
мула, учитывающая адвекцию водяного пара в атмосфере,
/<вл = -г--------------=г • (1.7)
а Х_еа+^(Е-Р)1
В формулах (1.6) и (1.7) Е — испарение, мм; Р — осадки, мм;
№ат — влагосодержание атмосферы, мм; U-M — средняя скорость
эффективного переноса водяного пара, м/с; I — линейный масштаб
территории, равный l=^/~F, где F—площадь территории, тыс. км2;
а — адвекция водяного пара в исследуемом слое атмосферы за
рассматриваемый промежуток времени, км3; е — основание нату-
ральных логарифмов. Определенные по формулам (1.6) и (1.7)
коэффициенты влагооборота для отдельных крупных регионов
и континентов земли по данным [125, 194] приведены в табл. 1.1,
а на рис. 1.4 показана их зависимость от линейного масштаба тер-
ритории l—'yJF. Зависимость, естественно, не очень тесная, но
поскольку опа построена по данным самых различных регионов
Земли, с ее помощью вполне можно оценить возможный диапазон
изменений величии /\вл для той или иной площади суши. В частио-
'! Заказ № 159
17
Таблица 1.1
Коэффициенты влагооборота регионов Земли
Площадь F Vf А"
Регион км2 ДВЛ
Европа 9 800 99 1,42
а. Склон бассейна Северного Ледо- 1 400 37,4 1,07
витого океана
б. Склон бассейна Атлантического 6 200 78,7 1,32
океана
в. Склон бассейна Каспийского моря 2 200 46,9 1,08
Азия 40 775 201,9 1,62
а. Склон бассейна Северного Ледо- 11 545 107,4 1,53
витого оксана
б. Склон бассейна Атлантического 722 26,9 1,06
океана
в. Склон бассейна Тихого океана г. Склон бассейна Индийского окса- 9 570 97,8 1,33
на:
Г1) вся область 9 440 97,1 1,14
Гг) область внешнего стока 6 780 82,3 1,14
г3) область внутреннего стока 2 660 51,6 1,03
д. Центральная область внутреннего 9 500 97,5 1,18
стока
Евразия 50 575 224,9 1,81
Африка 29 530 171,8 1,42 1.41
а. Склон бассейна Атлантического 14 930 122,2
оксана
б. Склон бассейна Средиземного 2 870 53,6 1.13
моря (р. Нил) в. Склон бассейна Индийского окса- 5 020
70,9 1,16
на
г. Область внутреннего стока:
Г|) Сахара гг) Калахари 8 180 90,4 1,09
920 30 3 1,05 1 65
Северная Америка 20 060 141’б
а. Склон бассейна Северного Ледо- 6 500 80,6 1.41
витого океана
б. Склон бассейна Атлантического 8 240 90,8 1 34
оксана
в. Склон бассейна Тихого оксана 5 320 72,9 . 1,31
г. Область внутреннего стока:
Г|) Тихий океан 521 22,8 1 ,02
го) Атлантический оксан 278 16,7 1 ,01
Южная Америка 17 800 133,4 1 ,68
а. Склон бассейна Тихого океана б. Склон бассейна Атлантического 1 240 35,2 1,05
океана:
6J Амазонка 6 915 83,2 1,30
о2) весь склон 15 150 123,1 1,56
в. Ооласть внутреннего стока 1 410 37,5 1,09
Австралия 7 615 87,3 1.14
а. Склон Тихого океана (ИЗ 24,8 1,05 1,10 1,06 3,8
б. Склон Индийского океана в. Ооласть внутреннего сгона Земля в целом 3 078 3 924 510 000 55,5 62,6 714.1
18
сти, в любых зонах Земли для регионов с /^^ЗОО ООО км2 вполне
можно принимать, что /Свл~1.
Рассматривая общую схему круговорота воды и его числовые
характеристики (рис. 1.3), качественно можно оценить возможно-
сти воздействия человека на те или иные элементы влагооборота
и сделать следующие общие выводы:
поскольку осадки па суше в основном обусловлены перено-
сом влаги, испарившейся с океана, непосредственно воздей-
ствуя на сток и испарение с суши, человек может влиять на
осадки лишь в очень ограниченных масштабах;
— антропогенные изменения испарения с океана (например,
в результате его загрязнения, покрытия масляной пленкой
и т. п.) могут весьма сильно сказаться на осадках и стоке
с суши;
— перераспределение в результате хозяйственной деятельности
между поверхностным и подземным стоком с суши не может
существенно сказаться на характеристиках общего круго-
ворота воды на Земле;
— интенсивное хозяйственное использование вод в бессточных
областях не может заметно повлиять на их общий водный
баланс и характеристики глобального влагооборота;
— воздействие человека на климатические характеристики
Земли (суммарные осадки, испарение, температура воздуха)
может особенно сильно сказаться на водных ресурсах регио-
нов и речных бассейнов.
Для оценки влияния хозяйственной деятельности на водные ре-
сурсы следует отметить главный вывод, вытекающий из общей
схемы гидрологического цикла и из определения и приведенных
выше значений коэффициента влагооборота: масштабы и характер
антропогенных изменений их числовых характеристик будут в^ зна-
чительной мере зависеть от размера территории, для которой эти
изменения определяются.
Действительно, для земного шара в целом при осадках, равных
испарению (1.1), никакие воздействия человека на сток не изме-
няют общее уравнение водного баланса. Для океанов, в водном
балансе которых речной сток играет весьма малую роль, уменьше-
ния его под влиянием хозяйственной деятельности, даже самые
значительные, не могут существенно сказаться на водном ба-
лансе*. Применительно к большим территориям суши, для которых
коэффициент влагооборота Лпл>1, Для оценки антропогенных из-
менений стока необходимо учитывать возможные дополнительные
осадки PKQ3) обусловленные увеличением испарения за счет хозяй-
ственной деятельности и формирующие дополнительные водные
ресурсы, в какой-то степени компенсирующие водопотреблепие на
хозяйственные нужды. Причем этот эффект будет возрастать с уве-
* Не имеются в виду загрязнения вод морей и океанов за счет речного
стока, которце, к сожалению, весьма значительны.
2*
19
личепием размеров территория, объемов дополнительного испаре-
ния и чем более насыщенные водой воздушные массы перемеща-
ются над рассматриваемым регионом. По данным ориентировочных
расчетов, выполненных в ГГИ и приведенных в работе [194, 303],
для Европы и Азии к концу XX столетия объем дополнительных
водных ресурсов антропогенного происхождения может составить
20—30%, а для Северной Америки до 45% от предполагаемого
безвозвратного водопотребления на хозяйственные нужды.
Для отдельных районов и речных бассейнов с площадью
р^ЗОО-^-500 тыс. км2 (/<вл~1) и замкнутым водным балансом уве-
личение испарения за счет хозяйственной деятельности непосред-
ственно приводит к уменьшению суммарного стока реки. В то же
время факторы хозяйственной деятельности, способствующие пе-
рераспределению поверхностной и подземной составляющих стока,
обычно ие приводят к уменьшению суммарных водных ресурсов.
Для малых районов и речных бассейнов, где речная сеть не
дренирует подземные воды, ис только антропогенные изменения
испарения в бассейне и изъятия воды из русловой сети, ио и пере-
вод поверхностного стока в подземный приводят к изменению
суммарного стока и гидрологического режима в замыкающих ство-
рах. В таких бассейнах вообще возможно полное прекращение
стока под влиянием хозяйственной деятельности.
1.4. Классификация расчетных методов оценки
и прогноза антропогенных изменений речного стока
Надежная количественная оценка и прогноз влияния хозяй-
ственной деятельности на сток рек представляет собой очень
сложную задачу, во-первых, из-за того, что на водосборах одно-
временно действует множество факторов хозяйственной деятель-
ности, нередко изменяющих сток в прямо противоположных на-
правлениях; во-вторых, антропогенные изменен ня, имеющие, как
правило, направленный характер, накладываются па естественные
колебания стока, амплитуда которых обычно значительно превы-
шает искусственные изменения; в-третьих, далеко не всегда име-
ются надежные данные полного учета иа водосборах непосред-
ственных водозаборов и сбросов использованных вод на различные
хозяйственные нужды и достаточно полные сведения, характери-
зующие время, масштабы и интенсивность проведения в пределах
водосборов хозяйственных мероприятий.
при1н“?Я.л К0ЛИЧестве1П1°й оценки и прогноза антропогенных изме*
nnir а™ СЧ11ОГО с'>'ока применяются различные расчетные .метоДЬЬ
ния гтпг- В ПСРВ-10 °чередь рассчитываются происшедшие измене*
п\"ю. , Чс’’ а затсм пРогиозируются будущие изменения, ориентп*
пой теятпппи V " тсчдснции развития отдельных видов хозяйствен'
отмети™ От )С1И Пр" Разпых климатических ситуациях. Следует
• ьш\ю значимость первого 'лапа исследований- -учен*
20
динамики происшедших изменений стока, крайне необходимого
для восстановления естественных характеристик водных ресурсов-
и обоснованных прогнозов на будущее.
Все методы, применяемые для исследовательских целей и в гид-
рологической практике для оценки и прогноза антропогенных из-
менений речного стока могут быть объединены в следующие-
группы:
1) статистические методы, основанные на исследованиях мно-
голетних колебаний изучаемых характеристик стока совместно-
с динамикой развития основных видов хозяйственной деятельности
в бассейнах;
2) воднобалансовые методы, предусматривающие раздельный
учет водозаборов и сбросов и оценки изменений элементов водного
баланса' на участках бассейна или русла, где непосредственно
происходят эти изменения;
3) методы математического моделирования;
4) методы физического моделирования;
5) методы активного эксперимента.
Рассмотрим кратко основные предпосылки, общие принципы
оценки, преимущества и недостатки расчетных методов, принадле-
жащих к различным группам.
Статистические методы базируются главным образом на ис-
пользовании материалов стандартных гидрометеорологических
наблюдений за многолетний период, в течение которого можно вы-
делить периоды естественного и нарушенного режима стока. Основ-
ная идея рассматриваемой группы методических приемов заклю-
чается в восстановлении естественных характеристик гидрологи-
ческого режима и путем сравнения их с наблюденными (бытовыми)
•характеристиками в количественной оценке влияния всего ком-
плекса факторов хозяйственной деятельности. При этом предпола-
гается, что метеорологические факторы, определяющие естествен-
ный режим колебаний гидрологических характеристик, не претер-
певают изменений под влиянием хозяйственной деятельности. Для
отдельных речных бассейнов при оценке происшедших антропоген-
ных изменений стока такое допущение вполне возможно.
Указанные методы обладают следующими преимуществами:
— дают возможность произвести оценку влияния хозяйственной
деятельности на основании уже имеющихся материалов
наблюдений на опорной сети, не дожидаясь накопления но-
вых данных и без постановки сложных дорогостоящих экспе-
риментов и организации специальных экспедиций;
— позволяют выделить суммарное изменение стока в целом для
всего водосбора под влиянием всего комплекса факторов
хозяйственной деятельности и при наличии надежных исход-
ных данных могут служить основой для контрольной объек-
тивной оценки происшедших изменений водных ресурсов
в отдельных больших речных бассейнах и крупных регионах,
где действует одновременно очень большое число трудно-
определяемых антропогенных факторов.
21
Вместе с тем очевидны следующие существенные недостатки
статистических методов:
— ограниченность в выборе объектов обследований, которые
должны иметь длительные периоды наблюдений, охватываю-
щие различные этапы развития хозяйственной деятельности
на водосборе; при использовании рядов малой продолжи-
тельности имеет место неустойчивость корреляционных
связей;
— не вскрывают физической сущности процессов, происходя-
щих на водосборе в результате хозяйственной деятельности
и не позволяют оценить роль каждого фактора в отдель-
ности;
— не могут дать оценку влияния роли факторов на сток, когда
они не получили значительного развития в бассейне и их
суммарное влияние находится в пределах точности опреде-
ления гидрологических характеристик в замыкающем
створе;
— не позволяют дать надежный прогноз антропогенных изме-
нений стока на перспективу.
Воднобалаисовые методы основаны на учете непосредственных
водозаборов и сбросов и па изучении процессов, которые происхо-
дят непосредственно на участках водосборов пли русел реки (на
орошаемых и осушаемых землях, площадях, затопленных водохра- -
нилищами, урбанизированных территориях и т.п.), где происходят
антропогенные изменения составляющих водного баланса; при этом
количественно роль хозяйственной деятельности оценивается по
разности элементов водного баланса рассматриваемых участков
в естественных условиях и при антропогенном воздействии.
Преимущества водиобалансовых методов следующие:
— вскрывая физическую суть процессов, происходящих на во-
досборе, позволяют при наличии соответствующих данных
оценить роль каждого фактора хозяйственной деятельности
в отдельности, независимо от масштабов его развития;
— дают принципиальную возможность прогнозировать па пер-
спективу количественную роль влияния па сток того или
иного вида хозяйственной деятельности.
Вместе с тем следует отметить недостатки водиобалансовых
методов:
— необходимость иметь детальные экспериментальные данные
и надежные материалы учета водопотребления и водоотве-
дения, что требует больших средств и усилий, организации
специальных экспедиций;
— имеет место низкая точность измерений и расчетов отдель-
ных элементов водного баланса, что вызывает в ряде слу-
чаев определенные сомнения в отношении полученных коли-
чественных оценок;
— трудности при переносе данных и результатов, полученных,
например, ца стоковых площадках, орошаемых и осушенных
22
массивах, на крупные речные водосборы, имеющие замкну-
тый водный баланс;
— трудности охвата детальными экспериментальными данными
всего множества антропогенных факторов, которые одновре-
менно действуют в пределах большого речного водосбора
и оказывают прямо или косвенно самое различное влияние-
на условия формирования стока и гидрологический режим..
Учитывая имеющие место недостатки и преимущества статисти-
ческих и воднобалансовых методов, наиболее рациональным явля-
ется их тщательный анализ с точки зрения возможности и целесо-
образности применения в тех или иных условиях; одновременное-
применение методов из различных групп позволяет получать наи-
более надежные выводы, осуществлять контроль полученных ре-
зультатов.
Методы физического моделирования применимы при наличии
специальных гидравлических или русловых лабораторий, в которых
в определенном масштабе строится модель участка русла водо-
сбора, озера; на моделях проводятся всесторонние исследования,,
выводы которых затем переносятся в натуру с учетом масштабных
коэффициентов. Создание физической модели водного объекта тре-
бует тщательного его изучения в натуре, всесторонних измерений,,
правильного выбора масштабных коэффициентов, дорогостоящего
оборудования, научно-обоснованной интерпретации полученных
выводов при переходе от модели к натуре.
Методы физического моделирования чаще всего применяются
для исследования участков русел, при этом выявляются возможные
изменения режима реки (уровни, скорости, интенсивности размы-
вов, режим наносов и т.п.) под влиянием различных воздействий
на участке (выпрямление русла, карьерные работы — выемки,
дамбы обвалования, строительство мостов, водозаборов и сбросов
и т. д.). Надежность выводов зависит от степени изученности
объекта в натуре, детализации модели, от сходства модели и на-
туры, от принятого масштаба; чтобы получать достоверные резуль-
таты нужно строить большие и точные модели, а это требует много
времени и средств.
До настоящего времени моделирование целых водосборов, даже
малых, применяется очень редко: для уникальных объектов при
решении специальных задач или чисто в исследовательских целях.
Применение методов математического моделирования к оценке
влияния хозяйственной деятельности па гидрологический режим
предполагает следующие этапы: детальное изучение процесса в на-
туре, составление уравнений, описывающих изменение во времени
и пространстве элементов водного баланса и гидрологического ре-
жима; реализация этих уравнений на ЭВМ и расчеты с целью
определения по натурным данным отдельных параметров и коэф-
фициентов принятых уравнений (так называемая калибровка мо-
дели); численный эксперимент, т. е. выполнение па ЭВМ расчетов
по разработанной схеме при разных начальных условиях и при
различных значениях параметров для выявления влияния метео-
23
рологических факторов и хозяйственной деятельности на гидроло-
гические характеристики.
Методы математического моделирования обладают большими
достоинствами в том смысле, что они за короткое время и без
больших затрат позволяют количественно оценить влияние самого
разнообразного сочетания естественных и антропогенных факторов
и тем самым дают возможность рассчитывать и прогнозировать
гидрологический режим и водный баланс водосборов в будущем
при осуществлении тех или иных вариантов хозяйственного освое-
ния территорий.
Вместе с тем методы математического моделирования обладают
тем недостатком, что полученные выводы зависят не только от
надежности исходных данных, по и от полноты и обоснованности
принятых расчетных уравнений, в равной степени как и от изучен-
ности самого процесса и правильности определения необходимых
параметров и коэффициентов. Нередко даже для одних и тех же
водосборов многочисленные параметры сложных моделей оказы-
ваются неустойчивыми или физически мало обоснованными,
в связи с чем не всегда удается надежно рассчитать влияние на
сток даже метеорологических факторов, не говоря уже об измене-
ниях подстилающей поверхности и условий формирования стока,
вызванных хозяйственной деятельностью.
Наиболее распространено математическое моделирование для
оценки влияния хозяйственной деятельности на гидрологические
процессы, которые довольно надежно описываются математически.
Методы активного эксперимента очень популярны за рубежом
и чаще всего используются для оценки влияния на гидрологический
режим различных видов землепользования. Основная идея методов
заключается в том, что па водосборе, имеющем достаточно длин-
ный и падежный ряд наблюдений за гидрологическим режимом
и обусловливающими его метеорологическими элементами, произво-
дится искусственное изменение одного из факторов подстилающей
поверхности (вырубают или сжигают лес, изменяют условия агро-
техники и т. п.), влияние которого на режим и водный баланс хотят
выяснить, и снова в течение ряда лет проводят наблюдения за
всеми элементами водного баланса. Путем сопоставления элемен-
тов водного баланса до и после проведения мероприятий па водо-
сборе судят об их влиянии на те или иные гидрологические харак-
теристики.
Метод активного эксперимента является наиболее эффективным
для выявления роли факторов подстилающей поверхности па дан-
ном конкретном водосборе для строго определенного отрезка вре-
мени, однако ввиду присущих ему существенных недостатков он
никак не может рассматриваться как основной метод оценки влия-
ния хозяйственной деятельности на гидрологический режим.
Прежде всего этот метод является очень дорогостоящим и для по-
лучения падежных выводов требует постановки многолетних
наблюдений, включающих годы с различными метеорологическими
условиями. Кроме того, так как метод активного эксперимента
24
практически всегда применяется на малых водосборах, то выводы
его далеко не всегда репрезентативны для больших и средних рек
(нерепрезентативность в пространстве). Однако не менее важна
при применении методов активного эксперимента возможная нере-
презентативность во времени, которая, к сожалению, далеко не
всегда учитывается (см. главу 5).
Зачастую постановка активного широкомасштабного гидроло-
гического эксперимента не является самоцелью, а приурочивается
к районам, в которых одновременно на больших площадях произ-
водятся какие-то коренные изменения в землепользовании на водо-
сборах. Так, массовое сельскохозяйственное освоение в 1955—
1960 гг. огромных массивов нетронутых целинных земель Северного
Казахстана (распашка земель, строительство водохранилищ, пру-
дов и т.п.), которое привело к резкому изменению подстилающей
поверхности довольно больших речных бассейнов, с гидрологиче-
ской точки зрения может рассматриваться как активный экспери-
мент, по результатам которого можно довольно надежно судить
о влиянии комплекса факторов хозяйственной деятельности на ха-
рактеристики речного стока рассматриваемого региона.
Глава
Статистические методы оценки
антропогенных изменений речного стока
2.1. Исходные данные и предпосылки
Статистические методы независимо от их характера и сложно-
сти, как уже указывалось, основаны на анализе многолетних коле-
баний характеристик стока в замыкающих створах опорной гидро-
логической сети в совокупности с естественными гидрометеороло-
гическими факторами, определяющими эти колебания, и динамикой
развития хозяйственной деятельности в бассейне. Благодаря своей
простоте и доступности именно статистические методы наиболее
широко используются для региональных оценок происшедших ан-
тропогенных изменений годового, весеннего и меженного стока
в различных районах страны, о чем свидетельствуют многочислен-
ные публикации, в том числе появившиеся в самое последнее
время [94, 170, 212]. При этом довольно часто переоценивается
надежность- и универсальность этих методов, что и явилось основ-
ной причиной, побудившей автора рассмотреть их с детальностью,
достаточной, чтобы обратить внимание на ограничения и возмож-
ности их применения в различных условиях при наличии той или
иной исходной информации.
Уже при наличии одного длительного ряда наблюдений за сто-
ком, используя простейшие методические приемы, можно сделать
приближенные выводы о том, естественный это ряд или нет, когда
начались нарушения в режиме стока за счет деятельности человека
и даже (правда очень ориентировочно) оценить, каковы эти изме-
нения в количественном отношении.
Для более надежных количественных выводов одного ряда
наблюдений в замыкающем створе, естественно, недостаточно и
требуется дополнительная информация в виде:
данных по стоку за каждый год по другим створам в преде-
лах рассматриваемого водосбора, в которых режим стока не
нарушен или почти не нарушен;
— данных по стоку по соседним ’ водосборам, имеющим или
естественный режим, или режим в условиях значительно
меньших масштабов развития хозяйственной деятельности;
метеорологических данных, осредненных по бассейну и опре-
деляющих естественные колебания стоковых характеристик;
данных о развитии хозяйственной деятельности в бассейне
за весь период наблюдений.
26
Чем более сложные методы используются для оценки антропо-
генных изменений стока, тем больший объем исходной информации
требуется. Поэтому в зависимости от наличия исходных данных
и от поставленных задач прежде всего и выбираются методы
оценки.
При наличии достаточной исходной информации с помощью
статистических методов обычно выполняется восстановление годо-
вого и сезонного стока рек и дается оценка его изменений под
влиянием всего комплекса факторов хозяйственной деятельности,
действующих на водосборе. Оценка производится в следующей
последовательности:
— за естественный (условно-естественный) период определя-
ется зависимость стока от основных стокообразующих фак-
торов;
— по найденной зависимости восстанавливается величина
естественного стока за период нарушенного водного режима;
— по разности наблюденного и восстановленного стока оцени-
вается его изменение под влиянием хозяйственной деятель-
ности;
— оценивается степень надежности и достоверности полученных
антропогенных изменений стока.
Для определения по данным наблюдений зависимости стока от
основных стокообразующпх факторов за период естественного ре-
жима чаще всего используется метод парной или множественной
линейной регрессии.
Для характеристик речного стока за естественный период про-
должительностью п лет уравнение множественной линейной регрес-
сии имеет вид
Уест = К0 KtX[ “Ь К2Х2 • • • ~Ь Хт.Хт, (2-1)'
где Уест — годовой (сезонный) сток за естественный период; X —
значения естественных стокообразующих факторов (метеорологиче-
ские характеристики — осадки, снегозапасы, температура воздуха;
сток рек-индикаторов и рек-аналогов, приток из зоны формирова-
ния и т.п.); Ко —сводный член; К\,.... т — коэффициенты регрессии;
т — количество стокообразующих факторов. При т=1 имеем
уравнение парной корреляции.
Расчеты параметров уравнений (2.1) производятся по методу
наименьших квадратов. При этом ошибка уравнения регрессии
определяется по формулам:
оуест = оу д/1 — К2, ^2.2)
ИЛИ
п/еС1. = V ’ <2-3*
27
где Оу — среднее квадратическое отклонение переменной У; 7?—
коэффициент множественной корреляции; У,р, У1П—рассчитанные
и наблюденные значения стока.
Для восстановления стока используются только такие уравне-
ния, для которых
R >0,80, 7?/о^>2, Kj/uKj^2, (2.4)
где од, ой/. — средние квадратические погрешности соответственно R
и Кг, /=1, ..., т.
По полученным уравнениям регрессии, удовлетворяющим усло-
виям (2.4), рассчитываются значения стока Урас за нарушенный
период; изменение стока за счет хозяйственной деятельности ДУХ03
определяется по разности
ДУхоз
рас
(2.5)
где Упаб — наблюденный сток за нарушенный период.
Достоверность расчета ДУхоз определяется многими обстоятель-
ствами: точностью наблюденных данных по стоку, их изменчи-
востью во времени, надежностью полученного уравнения регрессии,
возможностью использования уравнения регрессии, полученного
для одного многолетнего периода в последующие промежутки вре-
мени. Приближенно средняя квадратическая погрешность расчета
величины ДУхоз может быть оценена по уравнению
'^ХОЗ ~ д/jV l’ac ’
(2.6)
где (Гурас —средняя квадратическая погрешность восстановления
характеристик стока, определяемая по формулам (2.2) или (2.3);
аунаб —средняя квадратическая погрешность наблюденных харак-
теристик стока Уцаб? N— число лет в периоде, для которого опре-
деляются ДУ.ХОЗ-
Следует отметить, что формула (2.6) справедлива при предпо-
ложении, что полученные для периода п уравнения регрессии
стока от основных стокообразующих факторов вида (2.1) имеют
такую же точность и для периода N. Практически фактическая
погрешность определения ДУхоз должна быть несколько больше,
чем рассчитанная ио формуле (2.6).
Результаты оценки антропогенных изменений стока ДУхоз
можно считать достоверными, если их абсолютная величина зна-
чительно больше погрешности расчета
I ДУхоз
> а.,Оху
р X /J*
(2.7)
где <1Р — доверительный интервал погрешности расчета в долях его
среднего квадратического значения, зависит от доверигелыюй ве-
роятности р. При оценке достоверности расчета АУх„, обычно при-
нимается р — 0,95, для которого 2,0.
28
Как показывают исследования [238], при расчетах по уравне-
ниям регрессии величин Урас в последние вводится систематическая
погрешность, занижающая среднее квадратическое отклонение
рассчитанного ряда па величину, близкую 1/7?. В связи с этим
в величины рассчитанного стока за нарушенный период Урас реко-
мендуется вводить поправку, устраняющую отрицательное смеще-
ние дисперсии восстановленного ряда по сравнению с его истинным
значением; с учетом этого исправленное значение ДУхоз определя-
ется по формуле
ДУхоз = У + (Гра^~ Г) - Уиаб, (2.8)
где Y — среднее значение характеристик стока за период, для ко-
торого получено уравнение регрессии с коэффициентом корреля-
ции 7?.
Используя метод множественной линейной корреляции для вос-
становления характеристик стока, следует иметь в виду, что он
дает надежные результаты при выполнении следующих условий:
— наличие линейных связей между переменными; в случае не-
линейных зависимостей предварительно производится их ли-
неаризация с использованием известных приемов, описанных,
в частности, в работах [2, 238];
— переменные X должы быть независимы или слабо зависимы
между собой;
— выполняется соотношение: /г^>1О/?г, т. е. число членов ряда
должно быть по крайней мере в 10 раз больше члена неза-
висимых переменных, иначе коэффициенты регрессии имеют
большую погрешность и уравнения дают неустойчивые ре-
шения.
Опыт расчетов показывает, что даже если полученные уравне-
ния регрессии удовлетворяют требованиям (2.4), расчет величин
ДУхоз за каждый год имеет очень большие погрешности, особенно
при большой естественной изменчивости рассматриваемых характе-
ристик стока. Поэтому чаще всего величины ДУхоз удается досто-
верно получить только в среднем за многолетние периоды
(A^5-j-10 лет).
2.2. Об оценке влияния хозяйственной деятельности
при наличии одного исходного ряда наблюдений за стоком
В этом случае прежде всего собираются и анализируются, по
возможности, данные о сроках и масштабах проведения в бассейне
мероприятий, которые могут сказаться па режиме стока реки (ввод
в строй водохранилищ, крупных водозаборов, орошаемых масси-
вов, проведение осушительных мелиораций и т.п.). В ряде случаев
такой анализ позволяет установить начало возможных антропоген-
29
ных изменении характеристик гидрологического режима, хотя по
ряду причин это довольно затруднительно. Во-первых, такие фак-
торы хозяйственной деятельности, как распашка земель, вырубка
лесов, орошение часто имеют место на водосборах задолго до на-
чала наблюдений за стоком, это характерно даже для рек с наи-
более продолжительными гидрометрическими наблюдениями.
Во-вторых, факторы хозяйственной дёятельности могут по-разному
влиять на характеристики речного стока, уменьшая или увеличивая
их при нулевом результирующем влиянии в замыкающем створе.
В-третьих, даже интенсивная хозяйственная деятельность на неко-
торых водосборах может продолжительное время не отражаться
на стоке в замыкающем створе при наличии так называемых ком-
пенсационных факторов, связанных прежде всего с уменьшением
естественного испарения в бассейне (см. главы 4 и 8).
Во всех случаях при наличии одного или нескольких факторов
хозяйственной деятельности весьма полезным является проверка
ряда наблюдений на однородность с применением статистических
критериев однородности; тем более она необходима при отсутствии
информации о масштабах развития хозяйственной деятельности па
водосборах.
При оценке однородности гидрологических рядов довольно
часто используются стандартные параметрические критерии
Стыодента (метод /-испытаний) для установления различий сред-
них значений двух выборок и критерий Фишера (метод F-pacnpe-
делепий) для проверки равенства дисперсий двух выборок. Исполь-
зование этих критериев требует длинных рядов выборок, знаний
о характере распределений случайных величин, большого объема
вычислений.
Наиболее широкое применение для решения однородности ря-
дов гидрологических наблюдений находят так называемые иепара-
метрические критерии однородности. Преимуществом их является
то, что они не требуют предварительного определения типа кривой
распределения исследуемых величии и их параметров и могут при-
меняться и дают хорошие результаты даже при коротких выборках,
что очень ценно для изучения влияния хозяйственной деятельности
на гидрологический режим. На практике используются самые раз-
личные непараметрические критерии: Колмогорова—Смирнова,
статистика Терри, Вилькоксона и другие; способы их применения
описаны в литературе по математической статистике и ее исполь-
зованию в гидрологии [238, 288[. Наиболее часто для оценки влия-
ния хозяйственной деятельности на годовой и сезонный сток при-
меняется так называемый ранговый критерий Вилькоксона.
Статистические критерии однородности не позволяют дать ко-
личественную оценку происшедших антропогенных изменений
стока, с их помощью отмечается только факт статистической неод-
нородности ряда и начало (при нескольких попытках), когда эта
неоднородность возникла. Если ряд неоднороден, то вполне воз-
можно, что его колебания подвержены хозяйственной деятельности
человека.
30
При наличии одного только ряда наблюдений за стоком иногда
удается установить начало антропогенных изменений и даже при-
ближенно оценить величину их графическим способом — путем по-
строения так называемой интегральной кривой вида
Er=^),
(2.9)
Рис. 2.1. Зависимость для
р. Вяча — пос. Паперня за 1960—1975 гг.
п
где У У— нарастающая сумма значений стока от начала наблюде-
1
ний на каждый год.
Резкое изменение угла наклона графика зависимости (2.9) ха-
рактеризует начало антропогенных изменений в замыкающем
створе. На рис. 2.1 приведен график зависимости вида (2.9) для
годового стока р. Вяча-Паперпя (Белоруссия) за период наблюде-
ний 1960—1975 гг. В 1969 г. в бассейне реки было построено водо-
хранилище, что дает основание полагать изменение режима стока.
График целиком подтверждает это предположение. Среднее изме-
нение стока за нарушенный период составляет
ДУХ03 = UXO3/NXO3, (2.10)
где L/хоз — объем суммарного уменьшения стока за счет хозяй-
ственной деятельности; А\оз— число лет с нарушенным режимом.
Для первоначального анализа многолетних рядов наблюдений
за стоком с целью обнаружения влияния хозяйственной деятельно-
сти может быть использован также метод линейного тренда [84,
170, 276]. Уравнение линейного тренда рядов речного стока имеет
вид
Yt = У + ат (/ - /), (2.11)
где У/ — сток в момент 1; У — средний сток за рассматриваемый
период наблюдений; t — момент времени, соответствующий сред-
31
нему стоку У; ат — угловой коэффициент, отражающий наклон ли-
нии тренда.
Основной параметр линейного тренда ат определяется методом
наименьших квадратов по формуле [276]
Х(;-7)(г,-п)
1=1
п
1 = 1
(2.12)
При этом ошибка расчета сгат оценивается по выражению
(2.13)
Отдельными авторами [84, 170] метод линейного тренда исполь-
зуется для оценки происшедших изменений стока под влиянием
хозяйственной деятельности и даже для прогноза этих изменений
на перспективу. При этом естественный (восстановленный) сток
рассчитывается по уравнению
Увос = Уцач + (Унаб ~ У<) + АУпач, (2.14)
где УПач — начальное значение стока в уравнении (2.11); Упаб и
У/ — наблюденный и рассчитанный сток за каждый год по уравне-
нию (2.11); АУпач — потери стока на хозяйственные нужды в пе-
риод начала гидрометрических наблюдений.
На рис. 2.2 приведены полученные Е. А. Леоновым линейные
тренды для многолетних рядов наблюдений за стоком на некото-
рых реках СССР с различным уровнем развития хозяйственной
деятельности. Уже из анализа этого рисунка очевидно, что метод
линейных трендов никак не может служить основой для объектив-
ной количественной оценки антропогенных изменений речного
стока. Значения основного параметра тренда ат, а следовательно,
и выводы об изменениях стока главным образом зависят от того,
какой период наблюдений рассматривается. Действительно, напри-
мер, для р. Терек — ст-ца Каргалинская в целом с 193U по 976 г.
имеет место четко выраженный тренд уменьшения годового стока
(рис. 2.2); если же взять для анализа только последние лет
рассматриваемого периода, то будет иметь место, наоборот, тренд
увеличения стока, т. е. выводы будут прямо противоположные. По
этой же причине, а также из-за неучста планируемого развития
народного хозяйства в бассейнах метод линейного тренда тем бо-
лее не может быть применен для объективного прогноза антропо-
генных изменений стока. Метод пригоден лишь для самого пред-
32
О м3/с
5000
W00
3000
3000г 2000
2000-
1000^
800 г
600-
W0-
200-
10000
8000
500 г 6000
800
600
wo
2000 -
1500 -
1000-
1980 г.
1500 -
1000-
500 -
яЬ
1880 1900
Рис. 2.2. а — ход годового стока р. Терек —ст-ца Каргалинская (/), орошаемых
площадей в бассейне (2), притока воды из зоны формирования (3); б —много-
летний ход годового стока рек европейской части СССР:
/ — Северная Двина — пос. Усть-Пинега, 2 —-р. Нева —д. Новосаратовка, 3 —р. Неман —
г Гмчтшпппкай 4—Р. Западная Двина — г.Даугавпилс, 5 —р. Волга — г. Волгоград,
г. смалининкаи^__р. Днепр-г. Каховка, 7-р. Дон-ст-ца Раздорская.
стока не может с полной достоверностью свидетельствовать, что
его колебания не подвержены влиянию хозяйственной деятельности
человека.
3 Заказ № 159
33
Простейшие приемы статистического анализа, основанные на
анализе только одного исходного ряда наблюдений за речным сто-
ком (критерии однородности, интегральные кривые, тренды) не
могут дать надежной оценки антропогенных изменений стока, осо-
бенно при наличии коротких рядов наблюдений (приведенный на
рис. 2.1 пример представляет собой скорей исключение, чем пра-
вило). Полученные, например по эмпирическим данным, статисти-
ческая неоднородность ряда, изменение угла наклона интегральной
кривой стока пли тренд за многолетний период, конечно, свидетель-
ствуют о каких-то аномалиях в рядах, но не позволяют с уверен-
ностью утверждать, что эти аномалии обусловлены воздействием
человека. В гидрометеорологии можно обнаружить немало приме-
ров, когда в течение 5—10 лет и даже более наблюдаются периоды
с исключительно высокой или низкой естественной водностью, ко-
торые при малом объеме выборки вполне могут обусловить стати-
стическую неоднородность ряда.
Следовательно, приведенные первичные способы анализа могут
только дать основание для предположения о масштабах возмож-
ных антропогенных изменений стока и о времени наступления этих
изменений [92, 94, 298]. Для получения более достоверных коли-
чественных выводов необходимо использование других методиче-
ских приемов с привлечением дополнительной информации.
2.3. Методы гидрологической аналогии
Суть метода заключается в восстановлении гидрологических
характеристик водосбора, режим которого нарушен хозяйственной
деятельностью, по соответствующим данным одного или нескольких
водосборов-аналогов или контрольных водосборов, которые нахо-
дятся в сходных природных условиях, по имеют естественный
режим.
Оценка изменений стока под влиянием хозяйственной деятель-
ности с использованием метода гидрологической аналогии выпол-
няется на основании зависимостей:
У = Ф(Га), (2.15)
Г = аР(Га1, ...... Yam), (2.16)
где Y — годовой (сезонный, месячный) сток исследуемой реки;
Yam — то же для рек-аналогов.
Расчеты по указанным зависимостям выполняются по рекомен-
дациям, изложенным в п. 2.1.
В использовании метода аналогии основная трудность состоит
в выборе надежных аналогов, который должен производиться
с учетом следующих условий:
географическая близость расположения к исследуемому во-
досбору, сходство климатических условий;
синхронность колебаний стока исследуемого водосбора и
аналогов в условиях естественного режима, однотипность
34
почв и гидрогеологических условий, близкая степень озерно-
сти, заболоченности, залесенности;
— площади водосборов рек-аналогов не должны отличаться,
от площади исследуемого водосбора более чем в 10 раз;,
средние высоты — не более чем на 300 м;
Рис. 2.3. Связь среднегодовых модулей стока мелиорированного
(р. Оресса—с. Верхутино) и контрольного водосбора (л); б — то же
в интегральном виде.
1 — до мелиорации, 2 — после мелиорации.
— сток'рек-аналогов должен быть естественным за весь периог
наблюдений;
— исследуемый водосбор и водосборы-аналоги должны иметь
многолетний период совместных наблюдений с практически
ненарушенным режимом.
При наличии одного аналога восстановление стока исследуемой
реки может производиться не только с помощью обычной парной
корреляции (2.15), но и с использованием так называемых двойных
интегральных кривых стока в виде
(2.17)
По изменению угла наклона графика (2.17) определяют начало
периода влияния хозяйственной деятельности и величину этого
влияния в среднем за период.
На рис. 2.3 приведены графики связи среднегодовых модулей
стока в виде (2.15) и (2.17) для мелиорируемого водосбора
р. Оресса—с. Вархутино и водосбора-аналога (контрольного водо-
сбора) р. Птичь—с. Кринка за 1937—1970 гг. Исследуемый водо-
сбор р. Оресса—с. Вархутино имеет следующие характеристики:
площадь водосбора 520 км2, до мелиорации заболоченность состав-
ляла 46 %, залесенность 42%, озерность 1 %; после массовой ме-
лиорации в 1963—1964 гг.: заболоченность 20%, осушенных зе-
мель 26 %, в том числе 14 % площади используются под сельское
хозяйство, залесенность и озерность осталась прежней.
Водосбор-аналог (контрольный водосбор) р. Птичь—с. Кринка
имеет следующие характеристики: площадь водосбора 2010 км2,
залесенность 37 %, заболоченность 40 %, озерность 1 %, осушитель-
ная мелиорация практически не производилась.
На рис. 2.3 хорошо видно изменение режима годового стока
с 1963 г., после 1963 г. годовой сток мелиорируемого водосбора
увеличился за 1963—1970 гг. примерно на 32 %.
Не менее наглядный пример использования метода аналогов
для оценки антропогенных изменений летнего минимального стока
р. Костромы — с. Костромское (остров Сахалин) приведен на
рис. 2.4 *. В бассейне рассматриваемой реки площадью /?==233 км2,
средней высотой /7ср=220 м, залесенностыо /л=80 % в 1961—
1980 гг. проведен комплекс мелиоративных мероприятий, связан-
ных с осушением значительной доли равнинной части водосбора,
углублением русла, спрямлением берегов. К 1980 г. осушено откры-
тым и закрытым дренажом 6 % всей площади водосбора и при-
мерно 30 % его равнинной части, при этом густота дренажной сети
на осушенных землях составила 68 км на 1 км2 площади. В каче-
стве аналогов приняты соседние бассейны: р. Томарипка — г. То-
мари (F—207 км2, //Ср—200 м, fn=95 %) и р. Парусная — с. Па-
русное (f=925 км2, /7ср=230 м, /л=85 %), в которых интенсивная
хозяйственная деятельность практически отсутствует.
В соответствии с представленными данными на исследуемой
реке наблюдалось резкое увеличение минимального стока в началь-
ный период проведения мелиоративных мероприятий и после
1973 г., когда интенсивность мелиораций особенно возросла. Связь
между аналогами остается неизменной в течение всего периода
наблюдений (1955—1980 гг.).
При использовании метода аналогии надежность оценки антро-
погенных изменений стока во многом зависит от точности опреде-
ления начала нарушения водного режима по шкале времени. Пра-
вильность графического определения момента нарушения на зави-
симостях вида (2.17) может быть уточнена при помощи статистиче-
ского приема анализа. Для этого за каждый год рассчитывается
разница рассматриваемых характеристик стока исследуемой реки
и реки-аналога Д=У—Уа; для полученного ряда значений А путем
последовательного расчета отыскивается статистика
Zr — Тот + (h — Т) Оп-т, (2.18)
* Оценки выполнены Н. И. Онищенко.
Зв
где о? и Оп-т — среднее квадратическое отклонение первой и вто-
рой части ряда Д; п — общее число членов ряда.
Моменту нарушений будет соответствовать минимальное значе-
ние статйстики Zr, которое определяется для ряда величин Т, рас-
Рис. 2.4. Связь интегральных значений минимального 30-суточного летнего
стока р. Костромы и аналогов.
— рек Костромы и Томарпнки, б — рек Костромы и Парусной, о — аналогов — рек
Томаринки и Парусной.
положенных вблизи точки перелома, ориентировочно найденной по
интегральному графику связи вида (2.17).
Рассматривая метод аналогии применительно к оценке влияния
хозяйственной деятельности на речной сток, следует особое внима-
ние обращать на условия выбора аналогов, хорошо представляя
ограничения и недостатки метода. Уже из приведенного выше пе-
речня условий очевидно, что выбрать на практике надежные ана-
логи не так-то просто, особенно в горных условиях, где даже на
рядом расположенных водосборах может наблюдаться значитель-
ная естественная асинхронность многолетних колебаний стока.
В равнинных районах подбор аналогов с ненарушенным режи-
мом также представляет большие трудности, так как в связи с ши-
роким развитием водохозяйственных мероприятий в обжитых рай-
онах страны практически уже пет значительных водосборов, не
37
затронутых хозяйственной деятельностью, а водосборов средних
размеров становится все меньше. На малых же водосборах, как
правило, отсутствуют длительные наблюдения.
Метод аналогии довольно широко применяется в нашей стране
и за рубежом для оценки изменений годового, сезонного, мини-
мального и максимального стока на малых и средних реках под
влиянием осушения, горнорудных работ, агротехнических меро-
приятий, урбанизации, водохранилищ и всего комплекса факторов
хозяйственной деятельности [92, 142, 212, 265, 298, 305].
2.4. Методы и способы оценки антропогенных изменений
стока по метеорологическим факторам
При использовании этих методов предполагается, что метеоро-
логические факторы (осадки, температура воздуха, влажность
и т.п.), формирующие гидрологический режим, не изменяются под
влиянием хозяйственной деятельности. Для речных водосборов, тем
более малых и средних, это предположение вполне допустимо
и только для очень больших бассейнов, для которых коэффициент
влагооборота КВл>1, нельзя не учитывать антропогенные измене-
ния метеорологических факторов.
Для отдельных рек ориентировочная величина антропогенных
изменений речного стока может быть получена уже путем простого
сопоставления средних для бассейна осадков и стока в замыкаю-
щем створе (коэффициентов стока) за многолетние периоды с раз-
личным уровнем развития хозяйственной деятельности. Пример
такого сопоставления приведен в табл. 2.1, в которой сравнпва-
Таблица 2.1
Годовые осадки и объемы годового стока в бассейне р. Днепра
Период ргол мм/к“’ Г,()Д а р год ’'пос лкх()1 км’
р. Днепр — г. Киев, F = 328 000 км2
1897—1955 682/191 42,9 0,22 42,9 0
1956—1973 717/202 44,9 t 0,22 44,9 0
р. Днепр — Каховская ГЭС, Г=504 000 км2
1897—1955 425/214 50,8 0,24 50,8 0
1956—1973 452/228 44,1 0,20 54,6 — 10,5
ются осадки и годовой сток для бассейна р. Днепр —г. Киев, где
режим годового стока практически не нарушен хозяйственной дея-
тельностью, и для замыкающего створа бассейна р. Днепр — Ка-
ховская ГЭС, для которого влияние на годовой сток каскада водо-
хранилищ, водозаборов в каналы и орошения очень велико. Изме-
38
некие годового стока за второй период ДУХОЗ, полученное по соот-
ношению
хоз пос 1 быт — ^ГОД«| Y быт» (2. 19)
для первого бассейна оказалось близким пулю, а для второго
составило 10,5 км3/год, что хорошо подтвердилось анализом затрат
воды в бассейне р. Днепра после 1953 г. в различные хозяйствен-
ные периоды [298].
Указанный простейший прием может дать достаточно надежные
результаты для бассейнов, где имеет место хорошая корреляция
характеристик стока с соответствующими осадками (районы избы-
точного увлажнения), а также при осреднении за продолжитель-
ные многолетние периоды, при этом чем длительнее сравниваемые
периоды, тем более надежные выводы могут быть получены. Для
аридных и полуаридных районов с большой временной изменчи-
востью характеристик речного стока, значения которого зависят не
только от осадков, но и от других метеорологических факторов,
указанный прием не позволяет надежно оцепить влияние хозяй-
ственной деятельности. Те же самые ограничения характерны и для
наиболее часто встречающегося приема оценки антропогенных из-
менений годового и сезонного стока по их зависимости от соответ-
ствующих сумм осадков
Y = ф (Р), (2.20)
или
£Г = ф(£Р). (2.21)
Простейшие зависимости стока от осадков применяются в ос-
новном для малых и средних водосборов зон избыточного и доста-
точного увлажнения с целью оценки изменений стока за счет осу-
шения и орошения, водохранилищ, всего комплекса антропогенных
факторов [16, 42, 94, 106, 159, 162, 202] в тех случаях, когда годо-
вой и сезонный сток в естественных условиях имеет хорошую кор-
реляцию от осадков (гГр >0,80 4-0,90). Для более сухих и теплых
южных районов значение стока определяют не только количество
осадков (гуР^0,50), но и другие метеорологические факторы (тем-
пература воздуха, дефицит влажности и т.п.), и здесь этот прием,
как правило, не может дать надежных результатов. Это весьма
очевидно при построении зависимости в виде (2.21), которая будет
иметь большой разброс точек; однако и использование двойных
интегральных кривых в виде (2.22) в данном случае не приемлемо,
хотя нередко можно получить хороший график и четкое отношение
угла наклона линии связи, создающие иллюзию возможности
получения надежных результатов. В указанных условиях для вос-
становления стока, помимо осадков, необходимо привлекать и дру-
гие метеорологические факторы.
На рис. 2.5 приведены графики связи средних годовых модулей
стока, подвергшейся интенсивной осушительной мелиорации
39
с 1963 г. р. Орессы—с. Верхутино с годовыми осадками за период
1937—1970 гг. (данные по бассейну см. на стр. 36). С 1963 г. оче-
видно резкое увеличение годового стока мелиорируемой реки, при
этом числовые результаты, полученные по аналогам (рис. 2.2) и по
осадкам (рис. 2.5), близки между собой.
Для получения достоверных количественных выводов об антро-
погенных изменениях стока рек весьма эффективным является со-
Рис. 2.5. Связь годовых модулей стока р. Орессы с годовыми осадками
за 1937—1970 гг.
а — парная корреляция, и — двойная интегральная кривая; 1 — до мелиорации, 2 — после
мелиорации.
вместное использование метода аналогии и данных об осадках
в бассейнах исследуемой реки и реки-аналога. В качестве примера
такого анализа приведем оценку антропогенных изменений годо-
вого' стока р. Сусуи — г. Южно-Сахалинск (/7=349 км2), выпол-
ненную Н. И. Онищенко (рис. 2.6). В бассейне этой реки, имеющей
наблюдения за стоком с 1948 г., действуют самые различные фак-
торы хозяйственной деятельности, получившие наибольшее разви-
тие после 1968 г. В качестве аналогов могут быть выбраны два
соседних водосбора, имеющих за весь период наблюдений есте-
ственный режим стока: р. Лютога— с. Пятиречье (Г=138 км2)
и р. Рогатка — г. Южно-Сахалинск (/*’=15,1 км2). Кроме того,
для анализа используются данные о годовых осадках по метео-
станции г. Южно-Сахалинск.
На рис. 2.6 а приведены интегральные графики связи годового
стока р. Сусуи — г. Южно-Сахалинске водосбором-аналогом р. Лю-
тога— с. Пятиречье и модульных коэффициентов годового стока
р. Сусуи и годовых осадков по метеостанции г. Южно-Сахалинск.
Оба эти графика позволяют сделать практически одинаковые вы-
40
воды о начале антропогенных изменений стока р. Сусуи и величи-
нах этих изменений. В то же время график связи интегральных мо-
дульных коэффициентов годового стока и годовых осадков для
водосбора-аналога р. Лютога — пос. Пятиречье (рис. 2.6 б) под-
тверждает естественный режим стока выбранного аналога.
15 20 25 30 35 l(Pi/P)K-z
Рис. 2.6. а — связь интегральных значении годового стока рек Сусуи и Лютоги (/)
и модульных коэффициентов годового стока р. Сусуи и i одовых осадков по метеостан-
ции Южно-Сахалинск (2); б —связь интегральных значений модульных коэффициентов
годового стока р. Лютоги и годовых осадков по метеостанции Южно-Сахалинск.
Кроме того, для восстановления г.одового стока р. Сусуи полу-
чена его зависимость за естественный период (I960—1968 гг.) от
годового стока рек-аналогов и годовых осадков в виде
Ус = 3,77Ур+ 1,17Гл + 0,002Рю.с-0,193, (2.22)
R = 0,92 ± 0,02,
где Уц, Ур, Ул — годовой сток (м3/с) соответственно для рек: Су-
суи— г. Южно-Сахалинск, Рогатка — г. Южно-Сахалинск, Лю-
тога— пос. Пятиречье; Рю-с—годовые осадки (мм) по метеостан-
ции г. Южно-Сахалинск.
График зависимости (2.22) представлен на рис. 2.7. Среднее
изменение стока за периоды с 1969 по 1974 г. и с 1975 по 1980 г.
в общем неплохо совпадает с результатами, полученными по
графикам, приведенным на рис. 2.6.
Восстановление и оценка антропогенных изменений стока весен-
него половодья рек европейской части СССР (ЕЧС) может выпол-
няться по зависимостям от основных факторов весеннего поло-
водья, применяющихся для целей прогнозов. Вид этих многофак-
41
торных зависимостей для различных районов ЕЧС представлен
в табл. 2.2 [ 186].
Как показали исследования ГГИ [237, 298] в районах лесо-
степной и степной зон ЕЧС и Северного Казахстана (при отсут-
ствии данных об увлажненности почв и глубины промерзания),
Рис. 2.7. Связь наблюден-
ного и рассчитанного но
выражению (2.22) годового
стока р. Сусуи — г. Южно-
Сахалинск за 1950—1980 гг.
(/? = 0,92±0,02).
/ — 1930—19G0 гг., //— J9G9 —
1974 гг.. ///— 1973—19М) гг.,
IV — среднее за период.
для восстановления объема весеннего стока YWl- наиболее эффек-
тивно использование зависимостей вида
вес — Ф (^макс»
ос>
Дп» ^в)>
(2.23)
Г°Дп’ Сред,,яя температура воздуха за период снеготаяния.
В зависимости (2.23) и в табл. 2.2 порядок записи переменных
в о мнем соответствует доле вклада, которую они вносят в уравне-
где £макс — максимальные снегозапасы в весенний период; РОс —
характеристика увлажненности в осенний период (осадки за ок-
тябрь—ноябрь предшествующего года); 1)и — средний по водосбору
Д^Фшиит влажности воздуха за летний период предшествующего
средняя температура воздуха за период снеготаяния,
записи переменных
ние регрессии. Для всех водосборов, как правило, наибольшее зна-
чение имеет первая составляющая — максимальные снегозапасы.
В большинстве случаев можно ограничиться рассмотрением первых
трех переменных правой части зависимости. Для районов е ча-
стыми зимними оттепелями последние необходимо учитывать,
42
Таблица 2.2
Зависимости стока весеннего половодья от определяющих его
метеорологических факторов рек ЕЧС для условий естественного
режима [186]
Номер района Географическое положение района; реки Вид зависимости
I Север ЕЧС; Северная Двина, Онега, Евес = f (S + Рвес)
Печора
п Северо-Запад ЕЧС; Западная Двина, Гвес = / [(5 + РВес) №вл]
Шексна, Вятка, Кама
III Центр ЕЧС; Москва, Ока, Верховье У вес — f [ (S 4- Р вес) >
Днепра Гвл, L]
IV Юго-Запад ЕЧС; Дон, Днепр, Юж- Евес = f 1 (S + Рвес) » ,
ный Буг L, Гвл]
V Заволжье и правобережье Волги; У вес = /[ (S>4“ Рвсс) ,
Сура, Медведица Гвл, L]
VI Юг Украины, Прикаспийская низмен- У вес — / [ (5 4~ Рвес) >
ность; низовья Допа и Волги IVвл, L]
Примечание. УВСс — объем весеннего стока, S — запас воды в снежном
покрове к началу весны, Рвсс—осадки за период весеннего половодья, 1ГВЛ—
увлажнение почв водосбора, L — глубина промерзания почв водосбора.
например, путем включения в уравнение показателя температуры
воздуха за зимний период.
Определение осредненных для водосбора гидрометеорологиче-
ских характеристик, необходимых для установления зависимостей
стока от метеорологических факторов, производится обычными спо-
собами, изложенными, в частности, в работе [186].
Установление параметров зависимостей вида (2.23), приведен-
ных в табл. 2.2, а также восстановление с их помощью весеннего
стока в замыкающем створе и его изменений под влиянием хозяй-
ственной деятельности производится в соответствии с рекоменда-
циями, изложенными в п. 2.1.
На рис. 2.8 приведена зависимость слоя стока воды в снежном
покрове и осадков за период снеготаяния для р. Вычегды — с. Усть-
Кулом [217], которая имеет высокий коэффициент корреляции
и вполне может быть использована для количественной оценки ан-
тропогенных изменений весеннего стока. На рис. 2.9 показана
полученная Т. Ф. Шулипенко [308] зависимость наблюденного
Упаб и рассчитанного Урае по метеорологическим факторам с ис-
пользованием уравнения вида (2.23) слоя весеннего стока для бас-
сейна р. Рось —г. Корсунь-Шевченковский за условно естествен-
ный период 1929—1955 гг. (7?=0,88). На этом же графике нане-
сены точки за последующие 20 лет; расчеты показали, что за
1966—1975 гг. уменьшение весеннего стока реки составило 17 мм,
или 38 %.
Исследование влияния антропогенных факторов на сток путем
отыскания его зависимостей от метеорологических факторов до
43
настоящего времени находит довольно широкое распространение
в нашем стране и за рубежом (см. например [И, zoU, oUo, 32/,
353]), однако далеко не всегда этот путь приводит к надежным
количественным выводам, особенно в районах недостаточного
увлажнения ввиду больших сложностей получения зависимостей
с высокой корреляцией и с устойчивыми во времени и по террито-
рии коэффициентами регрессии.
Рис. 2.8. Зависимость слоя
талого стока р. Вычегды —
с. Усть-Кулом от суммы за-
пасов воды в снеге и осад-
ков за период снеготаяния.
Рис. 2.9. Зависимость наблю-
денного Унас> и рассчитан-
ного по метеорологическим
факторам Урас весеннего
стока р. Рось — г. Корсупь
Шевченковский за 1929—
1955 гг. (/? = 0,88).
1 — 1929—1955 гг., 2 — 1956—
1965 гг., 3 — 1966—1970 гг.,
4 — 1971 — 1976 гг.
Следует отметить, что приемы оценки, основанные па использо-
вании метода множественной линейной корреляции, довольно тру-
доемки, требуют большого объема подготовительных работ по
сбору и определению по многим станциям детальных метеороло-
гических данных за каждый год, а также проведения многочислен-
ных расчетов на ЭВМ (без ЭВМ расчеты вообще невозможны).
В то же время часто требуется для многих водосборов прибли-
женно оценить роль антропогенных факторов в изменении осред-
нениых за многолетние периоды характеристик стока (годового
и сезонного) в замыкающем створе. Для решения такой задачи
Оттдиотт ° СПОСОбы, основанные па сопоставлении средних
начении стока и основных стокообразующих факторов за отдель-
ные периоды с существенно различным уровнем развития хозяй-
ственной деятельности. Использование этих способов встречает
наибольшие трудности для бассейнов в районах недостаточного
увлажнения, поскольку здесь значения стока двух периодов
должны сопоставляться не с одним, а сразу с несколькими метео-
р логическими факторами, которые могут находиться в самых раз-
44
личных сочетаниях. В таких случаях для восстановления средних
характеристик естественного стока и приближенной оценки роли
антропогенных факторов может быть рекомендован прием, изло-
женный ниже.
Если для любого водосбора, расположенного в лесостепной
и степной зонах и имеющего длинный ряд многолетних наблюде-
ний, можно выделить два периода (естественный и нарушенный),
то, очевидно, для каждого периода нетрудно подсчитать средние
значения стока и основных метеорологических факторов, которые
обозначим в виде:
1 период (естественный) JFCCT, Pi ос, Dr,
II период (нарушенный) Унаб, S2, Ргос, D2.
При наличии линейной зависимости стока от определяющих
факторов (прямо пропорциональной для S и Рос и обратно пропор-
циональной для D) изменение стока за II период за счет влияния
хозяйственной деятельности ДУхоз приближенно может быть рас-
считано по формуле
ДУ хоз — У вос У наб —
S2
Si
Р'2ОС
Р\ос
(2.24)
где Дй, Дрос» До — доли вклада, который вносят соответствующие
метеорологические факторы в уравнения множественной регрессии
стока от определяющих факторов; в соответствии с рекоменда-
циями Г. А. Алексеева определяются по формуле
п/
а,—-
1 Пу
(2.25)
где / — переменные S, Рос, D\ Гу,— парный коэффициент корреля-
ции между стоком и переменной /; а/ — коэффициенты регрессии
в уравнении стока от метеорологических факторов; о/, оу — сред-
нее квадратическое отклонение переменных от их средних значе-
ний; Р — множественный коэффициент корреляции.
В зависимости от физико-географических условий, как пока-
зали исследования [237, 298], величины Д изменяются в значи-
тельных пределах. Для приближенных расчетов в лесостепных
и степных районах СССР они могут быть районированы следую-
щим образом:
— реки бассейна р. Дона и верховьев р. Оки: As=0 70- Д» =
=0,20; Др=0,10; ‘ °'
— реки лесостепной зоны бассейна р. Оки (кроме верховья)
и правобережья р. Волги: Дб=0,50; ДрО1.=0,25; Др=0,25;
— реки равнинных районов бассейна р. Урала, Сыртового За-
волжья, Северного Казахстана: Д5=0,60; ДР()с=0,15; Д/,=
=0,25.
Как показывает опыт ГГИ, изложенный прием дает достаточно
•надежные результаты для оценки антропогенных изменений стока
л среднем за отдельные многолетние периоды для малых и сред-
них рек лесостепной и степной зоны ЕЧС и Северного Казахстана.
2.5. Методы оценки по характеристикам
естественного стока в зоне формирования
Рассматриваемые методы используются для оценки влияния хо-
зяйственной деятельности на годовой и сезонный сток рек, в бас-
сейнах которых нетрудно выделить зону формирования и зону
использования стока. К этой категории рек относятся:
— реки южных районов СССР (Кавказа, Средней Азии, Юж-
ного Казахстана), зоной формирования которых является горная
часть бассейнов, где сток не нарушен хозяйственной деятель-
ностью, а зоной использования — равнинная часть, в которой про-
исходит интенсивное расходование водных ресурсов бассейна на
непродуктивное испарение и хозяйственные нужды.
— большие речные системы равнинных районов (Волга,
Днепр), сток которых формируется преимущественно в увлажнен-
ной лесной зоне, где антропогенные факторы (кроме водохрани-
лищ) практически не оказывают влияния па годовой и сезонный
сток, а безвозвратные потери стока на хозяйственные нужды имеют
место в основном в южной лесостепной и степной частях бассейна.
Следует отметить, что для указанных категорий водосборов
оценивается изменение не поверхностных водных ресурсов, а ха-
рактеристик стока в замыкающем створе. Действительно, напри-
мер, для горных рек водные ресурсы определяются обычно по
среднему стоку, сформировавшемуся в горной зоне, где она явля-
ется естественной и не изменяется под влиянием хозяйственной
деятельности, а колеблется ежегодно за счет изменчивости метео-
рологических факторов (осадков и температуры воздуха). Поэтому
говорить о направленном антропогенном изменении водных ресур-
сов таких рек можно, если эти изменения имеют место только за
счет воздействия на метеорологические факторы, поскольку в гор-
ной зоне для большинства рек непосредственное воздействие чело-
века на сток невелико и годовые и сезонные его значения практи-
чески остаются неизменными (если, конечно, в горах не построены
крупные водохранилища). В то же время сток многих горных рек
южных районов при выходе на равнину претерпевает значительные
антропогенные изменения в нижних створах и в перспективе эти
изменения могут быть еще более значительными.
Исследования, выполненные в ГГИ, показали, что наиболее эф-
фективными методами интегральной оценки изменений стока в за-
мыкающих створах указанной группы рек могут быть [292, 298,
300[:
— метод водного баланса зоны использования стока за различ-
ные многолетние периоды;
46
— методы анализа за многолетний период зависимостей стока
от характеристик притока из зоны формирования и метеоро-
логических факторов
При использовании первого метода по картам выделяется зона
водосбора, где происходит интенсивное использование водных ре-
сурсов, и за отдельные многолетние периоды с различным уровнем
хозяйственной деятельности составляются уравнения водного ба-
ланса зоны, по которым определяются потери стока за счет есте-
ственного испарения и потребления на хозяйственные нужды. Сте-
пень детализации уравнения водного баланса определяется
физико-географическими особенностями водосбора, характером во-
дохозяйственного строительства в зоне, спецификой поставленной
задачи и наличием исходных материалов. В общем случае уравне-
ния водного баланса зоны использования стока в среднем за мно-
голетние периоды имеют вид:
£Упр + Р-£УсТ±ДГ = Е,
Е = -Енепр “У Uхоз> (2.26)
где £ Упр и У УСт — соответственно объем суммарного притока
воды в зону и стока из зоны; Р — объем осадков в зоне использо-
вания; Е — объем потерь стока на непродуктивное испарение Епепр
и безвозвратное водопотребления на хозяйственные нужды (7ХОз;
AUZ — средняя за период аккумуляция воды в зоне.
Случайная погрешность расчета потерь стока в зоне од как
остаточного члена уравнения водного баланса (2.26) приближенно
оценивается средним квадратическим значением совокупной по-
грешности определения его элементов
В уравнении (2.27) подкоренное выражение включает средние
квадратические погрешности определения соответствующих сред-
них за год (сезон) элементов водного баланса; W— число лет в пе-
риоде, за который составляется уравнение водного баланса.
Изменение потерь стока в зоне ДЕ за различные периоды обу-
словлено влиянием физических факторов, что аналогично (2.7)
АД > аров. (2.28)
При р=0,95 ар=2.
Если аР^1, величина ДЕ соизмерима с ошибкой осреднения
потерь, в связи с чем может рассматриваться как случайная ве-
личина.
В качестве примера приведем водный баланс Кура-Араксин-
ской низменности за различные периоды и на основании его ана-
лиза оценим изменения стока реки в замыкающем створе под
влиянием хозяйственной деятельности за период 1930—1980 гг.*.
* Все расчеты и анализ выполнены совместно с Г. Ю. Фатуллаевым.
'17
*
Кура-Араксинская низменность (рис. 2.10), представляющая
собой большую часть зоны использования стока р. Куры, имеет
общую площадь 2,98 млн. га (в том числе 197 тыс. га на Иранской
территории) и ограничена с запада Мингечаурским водохранили-
Рис. 2.10. Схема Кура-Араксинской низменности.
niTnifPavuT? балансовых водосборов. 2 — границ,$ водосборных бассейнов, — ило-
’ 1юппгт1Ь,<г г,,дР°иис1ами, 7 — площади, не учтенные гидропоетами. 5 — гид-
♦ * метеостанция, 7 — магистральный канал, — коллскюр.
щем, с Ю1 о-запада — р. Араке — с. Кыз-Галасы, с юго-востока —
устьевой областью р. Куры и Каспийским морем. В остальной
части условная граница зоны проходит через гидростворы на при-
токах рек Куры и Аракса, расположенные при выходе их с гор
н фиксирующие практически естественный сток па протяжении
всею многолетнего периода. Основной вид хозяйственной деятель-
48
ности в рассматриваемой зоне — орошаемое земледелие и обеспе-
чивающие его инженерно-технические мероприятия. Орошение
практикуется здесь с древнейших времен, но основное развитие оно
получило в XX столетии. Динамика орошения за рассматриваемый
период характеризуется следующими данными:
Год.................... 1930 1940 1950 1960 1970 1980
Площадь орошения,
тыс. га................ 238 318 325 480 588 680
По данным Минводхоза Азербайджанской ССР, современный
годовой водозабор на орошение в зоне достигает 230 м3/с, или
7,2 км3/год.
В 1953 г. на р. Куре в рассматриваемой зоне было построено
крупнейшее на Кавказе Мингечаурское водохранилище многолет-
него регулирования с площадью водного зеркала 605 км2 и полным
объемом 16 км3. В 1957—1958 гг. введены в строй два крупных
магистральных канала: Верхнекарабахский (ВКК) и Верхнешир-
ванский (ВШК), подающие воду из водохранилища для орошения
земель Кура-Араксинской низменности. Начиная с 1948 г. в преде-
лах Кура-Араксинской низменности ведется интенсивное строи-
тельство коллекторно-дренажной сети с отводом воды в р. Куру
или непосредственно в Каспийское море; поступление дренажных
вод в море началось с 1954 г. Одновременно с сооружением раз-
ветвленной коллекторно-дренажной сети проводятся мероприятия
по осушению заболоченных земель, уничтожению влаголюбивой
дикорастущей растительности, предотвращению разливов рек, вы-
правлению русел левых притоков р. Куры, соединению так назы-
ваемых «карасу» с главной рекой.
Водный баланс Кура-Араксинской низменности составлен с на-
чала основных гидрометрических наблюдений (1927 г.) по 1980 г.
При этом компоненты водного баланса (2.26) определены следую-
щим образом.
Приток в зону У Упр и сток в море У Уст рассчитаны по фор-
мулам:
У Упр == Ум “Н УдР 4“ Убок 4“ Укан 4“ Угр»
(2.29)
У У ст == У Сал 4- У кол 4" Увод Упот»
где Ум, Усал —сток по р. Куре в створах Мингечаур и Сальяиы;
Удр — сток по р. Араке у с. Кыз-Галасы; Уг,ок — сток 15 боковых
притоков в створах при выходе с гор и гидрометрически неучтен-
ный боковой приток, подсчитанный с учетом его зависимости от
высоты местности; У1;ап—приток в зону из Мингечаурского водо-
хранилища по ВКК и ВШК; Угр — подземный приток в зону, под-
считанный по гидрогеологическим данным и принятый постоянным
за все годы (Угр = 0,57 км3/га); Укол — сток из зоны по коллекто-
рам в Каспийское море; УВОд — отвод воды по водоводу за пределы
4 Заказ № 159
49
бассейна реки; УПОт— потери стока р. Куры от с. Сальян до устья.
Атмосферные осадки Р определены как среднеарифметическое
по 10 метеостанциям (рис. 2.10); AИ7гр — оценена по динамике
грунтовых вод и влагозапасов за каждый период.
Элементы водного баланса Кура-Араксинской низменности, по-
лученные за каждый год, а затем осредненные за характерные
многолетние периоды, приведены в табл. 2.3. Годовые значения
Таблица 2.3
Водный баланс Куро-Араксинской низменности за 1927—1980 гг., км3/год
Период Приток Sr пр Осадки Р Сток ст A VIZ о ДЕ
1927—1952 24,0 10,5 17,6 0,13 16,8 0
17,6 16,8
1953—1961 23,1 10,4 14,6 0,36 18,7 1,9
14,4 18,9 2,1
1962—1970 24,5 11,6 17,5 0,17 18,4 1,6
16,7 19,2 2,4
1971 — 1975 20,9 10,6 13,6 0,16 17,7 0,9
12,0 19,3 2,5
1976—1980 23,8 10,7 16,3 0,05 18,2 1,4
13,2 21,3 4,5
1953—1980 23,3 10,9 15,7 0,20 18,3 1,5
14,6 19,4 2,6
Примечание. В числителе дроби — с учетом стока в море по коллек-
торам, в знаменателе — без учета стока по коллекторам.
суммарных потерь воды в Кура-Араксинской низменности Еи. г>,
определенные по уравнению водного баланса (2.26), колеблются
в весьма значительных пределах (от 14 до 22 км3/год) и зависят
в основном от водности года и затрат воды на хозяйственные
нужды. Об этом свидетельствует график зависимости Еп. г>=
—Ф(£ Kip+Г), приведенный на рис. 2.11. Для большей наглядно-
сти при построении графика все величины (УПр+^) 11 £в. б рассмат-
ривались за периоды 1927—1952, 1953—1961, 1962—1970 и
1971—1980 гг., при этом в каждом периоде все характеристики
осреднены за годы с величинами (£ Упр+Р) в следующих интер-
валах: <31,0; 31,1—34,0; 34,1—37,0; >37,0 км3/год. В соответствии
с приведенными данными (рис. 2.11), до 1952 г. указанная зависи-
мость носит четкий, однозначный характер, показывающий воз-
растание потерь воды практически только от притока и осадков,
поступающих в зону. После 1952 г. однозначность зависимости
нарушена; при том же поступлении воды потерн ее значительно
50
возросли, что, видимо, обусловлено интенсификацией хозяйствен-
ной деятельности. Принимая период (1927—1952 гг.) в качестве
условно естественного, в табл. 2.3 приведены осредненные значе-
ния увеличения относительно этого периода суммарных потерь
воды в Кура-Араксинской низменности; в среднем за 1953—1980 гг.
увеличение составляет ДЕ =1,5 км3/год, а в отдельные периоды
изменяется от 0,9 до 1,9 км3/год (если не учитывать сток в море
по коллекторам, указанные значения будут, естественно, много
больше).
Рис. 2.11. Зависимость суммарных потерь воды
в Кура-Араксинской низменности Е от водных ре-
сурсов и осадков (S Упр + Р).
/ — 1927-1952 гг., 2— 1953—1961 гг., 3 — 1962—1970 гг., 4 —
1971—1980 гг.
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что полученные
по водному балансу показатели роста потерь в общем-то весьма
невелики, учитывая, например, что заборы па орошение, по данным
Минводхоза, превышают 7 км3/год, а площади орошения к 1980 г.
увеличились по отношению к периоду до 1952 г. на 300—400 тыс. га.
Это не может быть объяснено погрешностью расчета; значение сг.е,
определенное по формуле (2.27), составляет в среднем за 28-летний
период ±0,17 км3/год и за 5-летний период ±0,40 км3/год, т. е. ус-
ловие (2.28) выполняется для всех многолетних периодов, рассмот-
ренных в табл. 2.3. Для выяснения указанного обстоятельства
в ГГИ было выполнено исследование структуры потерь в Кура-
Араксинской низменности путем расчета динамики испарения за
все годы с различных ландшафтов. Полученные данные, осредпен-
ные за те же характерные многолетние периоды, приведены
в табл. 2.4. Прежде всего отметим, что величины испарения Ер,
полученные путем суммирования испарения с различных угодий,
очень хорошо совпадают с данными, полученными по уравнению
(2.26), различия в значениях за многолетние периоды находятся
в пределах 5 %.
Данные табл. 2.4 очень хорошо объясняют причины в общем
незначительного роста суммарных потерь воды в Кура-Араксип-
ской низменности за 1953—1980 гг. и относительно небольшого
4*
51
Таблица 2.4
Структура потерь воды на испарение в Кура-Араксинской низменности
за 1927—1980 гг., км3/год
Период Водоемы Болота Пропашные с/х культуры Лес, сады, виноградни- ки Пастбища Прочие по- терн Общее испа- рение Ер
1927—1952 0,36 1,43 3,89 1,10 6,84 2,61 16,2
1953—1961 0,28 1,39 5,91 1,16 6,54 2,76 18,0
1962—1970 0,19 0,66 6,41 1,25 6,24 3,25 18,0
1971—1975 0,21 0,46 7,21 1,22 5,26 3,16 17,5
1976—1980 0,20 0,40 7,34 1,35 4,67 3,29 17,3
1953—1980 0,22 0,81 6,53 1,25 5,88 3,08 17,8
уменьшения стока в Каспийское море. Наряду со значительным
ростом потерь воды на орошаемых землях (в среднем за 1953—
1980 гг. — на 3,2 км3/год) происходило уменьшение потерь на испа-
рение с других угодий — пастбищ, заболоченных земель, водоемов
(за 1953—1980 гг.— на 1,7 км3/год), обусловленное проведением
в каждые два десятилетия мероприятий по регулированию стока,
прекращению разливов реки, осушению заболоченных земель,
уничтожению дикорастущей влаголюбивой растительности, обвало-
ванию русла головной реки и упорядочению русел притоков и т.п.
Таким образом, увеличение суммарных потерь за рассматривае-
мый период и соответствующее изменение стока в Каспийское море
составило всего 1,5 км3/год, что очень хорошо совпадает с дан-
ными, приведенными в табл. 2.3.
Аналогичная картина, как показали исследования ГГИ, имеет
место не только для Кура-Араксинской низменности, но и в целом
для зоны использования стока р. Куры. В табл. 2.5 для бассейна
р. Куры приведены значения водных ресурсов, определенные по
стоку рек в зоне формирования, сток в море* (с учетом и без учета
коллекторов) и потери стока в зоне использования (без осадков),
в том числе потери, обусловленные заборами воды па хозяйствен-
ные нужды и на естественное испарение. Одновременно с ростом
потерь на хозяйственные нужды уменьшается естественное испаре-
ние, что в значительной степени компенсирует динамику стока воды
в море; причем значение этой компенсации достигает 3,0 км3/год.
Уменьшение стока в море с бассейна за 1976—1980 гг., обусловлен-
ное хозяйственной деятельностью, составило 2,5 км3/год по сравне-
нию с условно-естественным периодом 1927—1952 гг.; пепосред-
* При определении стока в море значения стока р. Куры в замыкающем
створе восстановлены с учетом аккумуляции в Мингечаурском водохранилище;
при этом искусственные сбросы из оз. Севан в бассейн р. Араке вычтены из зна-
чений стока в замыкающем створе.
52
Таблица 2.5
Изменение стока р. Куры в Каспийском море поп, влиянием
хозяйственной деятельности за 1927—1980 гг., км3/год
Период Водные ресурсы Сток в море Потери стока р. Куры (без осадков) Уменьшение сгока реки по отноше- нию к 1927— — 1952 гг.
общие в том числе
за счет во- дозаборов естествен- ные
1927—1952 28,3 17,6 10,7 4,6 6,1 в
1953—1961 27,2 14 6 12,6 7,9 4,7 1,9
14,4 12,8 8,1 2,1
1962—1970 29,5 17 5 12,0 7,3 4,7 1,3 '
16,7 12,8 8,1 2,1
1971—1975 26,9 13 6 13,3 9,2 4',1 2,6
12,0 14,9 10,8 4,2
1976—1980 29,5 16 3 13,2 10,1 3,1 2,5
1U, о 13,2 16,3 13,2 5,6
1953—1980 28,3 1 Ч 6 12,6 8,3 4,3 2,0
Id, V 14,5 13,7 9,4 3,1
Примечав и е. В числителе дроби — с учетом стока коллекторов в море;
в знаменателе — без учета стока коллекторов в море.
ственно по руслу р. Куры (без коллекторов) уменьшение более
значительно — 5,6 км3/год.
Метод водного баланса зоны использования стока для оценки
антропогенных изменении стоковых характеристик горных рек
успешно использовался автором совместно с А. С. Хорецкой и для
бассейна р. Кубани; основные результаты приведены в работе
[298].
В случае невозможности составления надежного уравнения вод-
ного баланса зоны использования оценка изменений стока в замы-
кающем створе горных бассейнов может быть выполнена путем
анализа его колебаний за многолетний период от естественных
стокообразующих факторов и хозяйственной деятельности. Иссле-
дования показали, что для рассматриваемых водосборов примени-
тельно к годовому стоку или стоку за вегетационный период
наиболее эффективно использование многофакторных зависимостей
вида:
K = HZQ. Л D),
(2.30)
или
y = Р, D, икоз),
(2.31)
53
где SQ — характеристика притока с гор, определяемая по гидро-
створам, расположенным в зоне формирования, Р и D осадки
и дефицит влажности воздуха (можно использовать и^ температуру
воздуха /) в зоне использования; t/хоз— комплексный антропоген-
ный фактор, количественно характеризующий потери стока в бас-
сейне на хозяйственные нужды.
Рис. 2.12. Зависимость стока в створе р. Кура у г. Сальяны от естественных
стокообразующих факторов.
U?boh ^=0,9G0±0,lG (1927—1952 гг.), б — сток за вегетационный период, 0,950 ±
±0,019 (192/—19а2 гг.) ; /— 192/—1952 гг.» 2—1953—19G1 гг., 3 — 19G2—1970 гг., 7 — 1971 —1975 гг.
5 — 197G— I960 гг.
Анализ зависимостей вида (2.30) и (2.31) производится по
множественной линейной корреляции с использованием
ЭЦВМ.
Чаще всего при расчетах можно использовать зависимости
в виде (2.30). В этом случае основной задачей метода становится
восстановление стока в замыкающем створе по его зависимости от
основных природных факторов, полученной за условпо-естествси-
нын период. Тогда количественная оценка влияния комплекса фак-
торов хозяйственной деятельности ДУХ03 за нарушенный период
определяется по выражению (2.5).
_ При использовании многофакторных зависимостей в виде (2.31)
нпй чпшпЫИ 11)актоР хозяйственной деятельности Цхоэ, выражеп-
стнрппл н1-пВ.^?Г° u в,1де площадей орошаемых земель, пепосрсд-
пепиои mfini^IaeTC" В УРавнеппе множественной регрессии за весь
гтпринп известными в статистике приемами количе-
ывенно оценивается огп пшп ,» 1
стволе чп про, Р * 11 изменении стока в замыкающем
сгворе за весь рассматриваемый период.
п-1 nnraoeiCoBe ”Р,1меРа использования зависимостей вида (2.30)
‘ неге 2 пРиввде1,ы графики связи годового стока Yc и стока
за вегетационным период (а,1рол„-окт>[бр„) р.
54
г. Сальяны от естественных стокообразующих факторов за
1927—1980 гг. в виде:
Ус= 1,26 £Qnp 4-0,23Р — 249, (2.32}
Ус, = l,08EQnpI - 11,6/, 4-111, (2.33}
где X Qnp и S Qnpi — характеристики притока в зону использова-
ния, определяемые по стоку 50 горных рек в зоне формирования
соответственно за год и за теплый сезон; Р — годовые осадки в зоне'
использования; t\ — средняя за теплый период температура воздуха
в зоне использования.
За условно-естественный период коэффициент корреляции ука-
занных зависимостей составил соответственно: 7^=0,96+0,016 и
7?1=0,95+0,019. На графиках очень наглядно показано уменьшение
стока начиная с 1953 г., которое вполне надежно может быть оце-
нено в среднем за отдельные многолетние периоды. Отметим, что
результаты оценки происшедших антропогенных изменений стока
р. Куры в замыкающем створе, полученные по уравнению водного
баланса (2.26) и по зависимости (2.30), оказались достаточно близ-
кими как за весь период нарушенного режима (1953—1980 гг.),
так и за менее длительные многолетние периоды.
Использование многофакторных зависимостей вида (2.31) мо-
жет быть продемонстрировано на примере бассейна р. Араке —
Кубектала, для которого за весь период (1927—1980 гг.) с различ-
ным уровнем развития хозяйственной деятельности удалось полу-
чить весьма надежные зависимости годового и сезонного стока от
естественных и антропогенных факторов [266, 300]:
УАр = 1,20 X QnP - 2,37/, - 0,17t/XO3 - 0,77,
R = 0,94 + 0,017;
(2.34}
УЛр1 = 1,09 X Qnp, -11,1/,- 0,23t7xo3 4- 180,
R = 0,94 + 0,017,
где УЛр и УдР1 — сток р. Араке (годовой и за теплый период), вос-
становленный с учетом сбросов из оз. Севан и поступления воды
в реку по ВКК, м3/с; /1 — средняя температура воздуха в зоне
использования за теплый период, °C; /Аоз— площадь орошения,
тыс. га.
Зависимости (2.34) представлены на рис. 2.13. В уравнениях
(2.34) наиболее значимыми факторами являются характеристика
притока S Q„p и площади орошения (7Х03(гу2 <?пр =0,87+0,89;
rYv =—0,40 + 0,41). Полученные уравнения имеют высокие мно-
жественные коэффициенты корреляции, устойчивые коэффициенты
регрессии при Ё Qnp и /Доз и поэтому могут быть использованы
для расчетов изменений стока в замыкающих створах под влия-
нием хозяйственной деятельности, а с учетом планируемых водо-
хозяйственных мероприятий ориентировочно и на перспективу.
55
Исходя из уравнений (2.34), расчеты антропогенных изменений
-стока за отдельные периоды могут- производиться по следующим
соотношениям:
ЛУар =-0,17 Д(7хоз>
(2.35)
ДУАр1 = —0,23 ДС/ хоз>
где ДУАр и ДУдР1 — антропогенные изменения расходов воды (м1 * 3/с)
р. Араке—Кубектала средние за год и за теплый сезон в любой
Рис. 2.13. Зависимость характеристик стока р. Араке — с. Кубектала
от естественных и антропогенных факторов.
а—годовой сток, R =*0,940±0,017 (1927—1980 гг.), б — сток за вегетационный пе-
риод, R=O,91O±O,OI7 (1927—1980 гг.); / — 1927—1954 гг., 2 — 1955—1959 гг., .3—1960—
1968 гг., 4— 1966—1971 гг., 5— 1972—1976 гг., 6 — 1977—1980 гг.
из последующих периодов по сравнению с предыдущим; Д£/Хоз—
разность площадей орошаемых земель в зоне (тыс. га) за сравни-
ваемые периоды.
С учетом полученных соотношений (2.35), а также сбросов воды
в р. Араке из оз. Севан (Ус™) и по Верхне-Карабахскому каналу
Увкк, естественные значения годового стока У>,<,< и стока за теплый
период У„ос1 в створе р. Араке — Кубектала нетрудно получить по
следующим уравнениям:
Уцое = У быт — У Сен — У ВКК 4“ 0,17 /\U хоз,
(2.36)
1 вое! — Убыл Усев| — УвКК> 'К 0,23 AuXo>-
Восстановление стока р. Араке ио приведенным уравнениям,
выполненное Г. Фатуллаевым [266], дало весьма надежные ре-
згльтаты.
5G
Опыт расчетов, выполненных в ГГИ, показал, что использова-
ние зависимостей вида (2.31) оказывается эффективным только
в том случае, когда величина UXo3 характеризует воздействие на
сток в замыкающем створе всего комплекса факторов хозяйствен-
ной деятельности. При значительной роли компенсационных фак-
торов в бассейне (как это было показано выше на примере Кура-
Араксинской низменности), как правило, не удается установить-
значимые зависимости стока от площадей орошения и водозаборов.
В работах [295, 298, 299] показано успешное применение зависи-
Рис. 2.14. Зависимость У=1|’(2 <2пр) для годового стока.
а — р. Сырдарья — г. Бекабад, /?=0,96 (1930—1957 гг.), /—1930—1957 гг.,
2 — 1958—1974 гг.; б — р. Амударья — с. Чатлы, 7?=0,93 (1932—1958 гг.), 7 —
1932—1958 гг., 2— 1959—1965 гг., <3— 1966—1974 гг.
мостей вида (2.31) для оценки прошедших и ожидаемых в перепек-
тиве антропогенных изменений стока р. Терек.
Во всех зависимостях вида (2.30) и (2.31), полученных для
горных рек южных районов СССР, наиболее значимым естествен-
ным фактором, вносящим наибольший вклад в уравнение регрес-
сии, является характеристика притока из зоны формирования
Z Qnp. Поэтому вполне допустимо использовать для расчетов упро-
щенные зависимости У=ф(ХСпр). На рис. 2.14 приведены такие
зависимости для годового стока в створах р. Сырдарья—Бекабад
и р. Амударья—Чатлы; на графиках очень четко видно уменьшение
стока в створах, начиная где-то с 1958—1960 гг. Методика количе-
ственной оценки изменений стока горных рек под влиянием хозяй-
ственной деятельности по характеристикам притока из зоны форми-
рования, метеорологическим и антропогенным факторам, впервые
успешно использованная в ГГИ для изучения режима рек Терека,
Куры и Кубани [292, 295, 298, 300], в последующие годы весьма
эффективно применялась и для других речных бассейнов и регио-
нов пашей страны [160, 218, 242, 266, 271, 282] и за рубежом
[111, 335].
Оценка антропогенных изменений стока больших речных систем
впервые выполнена для рек Волги и Днепра [295, 298]. Как ука-
зано выше, в основу расчетов для этих рек положено то обстоя-
57
тельство, что сток их в основном формируется в достаточно увлаж-
ненной лесной зоне, где антропогенные факторы не оказывают
существенного влияния на гидрологический режим поверхностных
вод, а безвозвратные потери воды имеют место, как правило, в юж-
ной лесостепной и степной части бассейна. Учтено также, что в рас-
сматриваемых бассейнах имеются достаточно длительные (75—
90 лет) ряды наблюдений за стоком на основной реке и на прито-
ках, охватывающие периоды с различным уровнем развития хо-
зяйственной деятельности.
Для бассейна р. Волги оценка изменений годового и сезонного
стока У в замыкающих створах (Куйбышев, Волгоград и др.) про-
изводится на основе его зависимости от стока рек-индикаторов,
расположенных в лесной зоне и имеющих практически естествен-
ный гидрологический режим в течение всего многолетнего периода
наблюдений, а также метеорологических факторов (осадков и
температуры воздуха) в южных частях бассейна в зоне использо-
вания стока
Гв = Ф(У„ Г2, .... У„; Рср, /ср), (2.37)
где У[, Уг, ..., У» — сток рек-индикаторов с естественным режимом;
Рср и — среднее количество осадков и средняя температура воз-
духа по метеостанциям, расположенным в зоне использования
стока.
Расчеты зависимостей вида (2.37) для годового и сезонного
стока производятся на ЭЦВМ многократно для различных перио-
дов, с разными комбинациями и числом переменных. По каждому
из полученных многочисленных вариантов уравнений множествен-
ной регрессии восстанавливаются характеристики стока за нару-
шенные периоды, и по разности наблюденного и восстановленного
стока в соответствии с (2.5) рассчитываются значения их измене-
ний под влиянием всего комплекса факторов хозяйственной дея-
тельности ДУ. Окончательные значения ДУхоз вычисляются путем
осреднения соответствующих величин, полученных по различным
вариантам уравнений регрессии.
На рис. 2.15 приведена схема расположения бассейнов-индика-
торов в бассейне р. Волги и зависимость (2.37), полученная для
годового стока р. Волги у г. Волгограда Урас за естественный пе-
риод (1896—1940 гг.), которая имеет вид
Урас = 1,62Г1 + 4,80У2 + 3,19У3 + 3.34У, + 8,36УГ1, (2.38)
R = 0,963 ±0,025,
где Уь У2, Уз, Уд, У5 — средние годовые расходы воды соответ-
ственно в створах: р. Вятка—Киров, р. Белая — Уфа, р. Ока —
Муром, р. Чусовая — Н. Шалыги и р. Унжа — Макарьев.
За рассмотренный период коэффициенты регрессии осадков
и температуры воздуха tcp оказались незначимыми. Оценка антро-
погенных изменений стока р. Волги (годового, весеннего, макси-
мального месячного) с использованием зависимостей вида (2.37)
и (2.38) приведена в работах [295, 298].
58
Оценка изменений стока р. Днепра у г. Киева (верхний створ)
и у Каховской ГЭС (нижний створ) под влиянием хозяйственной
деятельности выполнена на основе анализа за многолетний период
зависимостей вида:
(2.39)
(2.40)
(2.41)
Уд — Ф (X УцИд),
У Ках = Ф (S Упцд),
У Ках == Ф (Гд),
Рис. 2.15. а — схема расположения бассейнов-индикаторов (/) и
метеостанций, использованных для восстановления стока р. Волги
у г. Волгограда (2 — гидрометрические створы, 3 — метеостанции);
б — зависимость между наблюденными Уиаб и рассчитанными Урае
средними годовыми расходами р. Волги v г. Волгограда за 1896—
1940 гг., /?=0,963.
где Уках и Ук — годовой (весенний) сток соответственно в нижнем
и в верхнем створах; X Уинд — суммарный сток (годовой и весен-
ний) в створах бассейнов-индикаторов; в качестве последних при-
няты бассейны, расположенные в зоне формирования основного
стока реки (лесная зона) и имеющие практически естественные
значения годового и весеннего стока за весь период наблюдений.
В качестве примера для указанных створов на р. Днепре ана-
лизировался ряд многолетних наблюдений за 77 лет (с 1897 по
1973 г.), отличающихся самым различным уровнем развития хозяй-
ственной деятельности в бассейне. Зависимости (2.39) — (2.41),
построенные для объема годового и весеннего (апрель—июнь)
стока, представлены на рис. 2.16.
Анализ зависимостей (2.39) (рис. 2.16 а и б) свидетельствует
о том, что если сток реки у г. Киева и претерпел какие-то измене-
ния под влиянием хозяйственной деятельности, то величина их
очень незначительна и находится в пределах точности расчета ве-
сеннего и годового стока на гидрометеорологических створах. Дей-
59
Ук км3
У к км3
Рис. 2.16. Зависимость годового (о)
у г. Киева от стока рек-индикаторов;
него (г) стока р. Днепра у Каковски-- .
зависимость годовою (<9j и весеннего (е) стока р- Днепра 5 г. Киева »л
стока у Каховской ГЭС.
и весеннею (б) стока р. /Днепра
зависимость годового (о) и весен-
/ — до 1955 г., 2 — I95G—1900 гг., .7 — 1961—190.5 11 г -1979 11О 19/1 —1973 1Г.
•ствительно, за весь рассматриваемый период имеют место надеж-
ные однозначные зависимости (2.39) с общим коэффициентом
корреляции /?=0,94 (рис. 2.16« и б). Даже за последние годы
при сооруженном Киевском водохранилище не наблюдается одно-
стороннего отклонения точек от линии связи.
Совершенно иная картина имеет место при анализе зависимо-
стей (2.40) и (2.41), построенных за тот же период для самого
нижнего на р. Днепре створа у г. Каховки (рис. 2.16в—е). Анализ
этих зависимостей показывает, что до 50-х годов XX в. сколько-
нибудь заметных направленных изменений стока р. Днепра под
влиянием хозяйственной деятельности практически не происходило
(коэффициенты корреляции за этот период равны 0,92 и 0,98).
В последующие годы сток р. Днепра у Каховской ГЭС резко умень-
шился, что отчетливо прослеживается на рис. 2.16<з—е. Расчеты,
выполненные по графикам на рис. 2.16 в и д, показали, что за
1956—1973 гг. годовой сток р. Днепра в створе Каховской ГЭС
уменьшился под влиянием всего комплекса факторов хозяйственной
деятельности в бассейне в среднем па 10,5 км3/год. Снижение
объема весеннего стока составило за тот же период в среднем
около 13 км3/год (рис. 2.16г и е). Аналогичные расчеты были вы-
полнены нами и с использованием данных по среднегодовым осад-
кам в бассейне выше г. Киева и Каховской ГЭС, которые пол-
ностью подтвердили приведенные выше выводы: среднегодовой
сток р. Днепра у г. Киева не претерпел заметных изменений под
влиянием антропогенных факторов, в то же время в створе Кахов-
ской ГЭС в среднем за рассматриваемый 18-летний период сниже-
ние стока составило около 10,5 км3/год (см. табл. 2.1).
Исследование антропогенных изменений стока с использова-
нием метода бассейнов-индикаторов выполнено также для бассейна
р. Амура [224].
2.6. Территориальные зависимости стока рек
от физико-географических, метеорологических
и антропогенных факторов
Применение метода множественной линейной корреляции
вполне возможно для исследований пространственных изменении
средних гидрологических характеристик многих рек под влиянием
различных естественных факторов и хозяйственной деятельности.
Порядок исследований и расчетов в этом случае следующий.
— выбирается какой-либо однородный по физико-географиче-
ским характеристикам район, в котором предполагается
изучение влияния хозяйственной деятельности на сток;
__ для каждого возможно большего количества водосборов па
территории района рассчитывается сток за какой-то один
и тот же многолетний период (например, годовой или весен-
ний сток за 10 или за 20 лет) с более или менее одинаково
развитой хозяйственной деятельностью;
61
— подсчитываются основные метеорологические характери-
стики в среднем для каждого водосбора за выбранный мно-
голетний период, а также морфометрические характеристики
и факторы хозяйственной деятельности (распашка, осушен-
ные площади, площади водохранилищ и т.п.);
— по методу множественной линейной корреляции устанавли-
ваются зависимости среднего стока для водосборов от метео-
рологических факторов, морфометрических характеристик
и факторов хозяйственной деятельности и путем анализа
уравнений устанавливается влияние последних на средние
характеристики стока.
Такой способ применяли, в частности, Лалл и Сопер [336]
в США и В. В. Рахманов [230] в СССР для выявления влиянии
залесенности за годовой сток, В. И. Бабкин [9] для анализа есте-
ственной зарегулированности внутригодового распределения реч-
ного стока, В. П. Герасименко [80] для исследования минималь-
ного стока и др.
Во всех случаях при применении метода множественной линей-
ной корреляции для исследования изменений стока рек под влия-
нием естественных факторов и хозяйственной деятельности требу-
ется проверка связей между переменными на линейность и при
необходимости использование приемов линеаризации.
Глава
Масштабы и тенденции сооружения
водохранилищ и прудов, оценка влияния их
на речной сток
3.1. Масштабы и тенденции сооружения водохранилищ
в мире
Отдельные водохранилища начали сооружать в мире еще ты-
сячи лет назад в период расцвета древних цивилизаций, однако
как объекты глобального масштаба они появились всего несколько
десятков лет назад, примерно с 1950 г. Об этом наглядно свиде-
тельствуют приведенные на рис. 3.1 данные о динамике сооруже-
ния водохранилищ объемом более 100 млн. м3 в отдельных странах
и для мира в целом за период XX столетия, полученные на осно-
вании обобщения материалов, опубликованных в работах [68, 126,
194]. В мире суммарный полный объем водохранилищ с 1950 по
1980 г. вырос почти в 10 раз, в настоящее время он превышает
5000 км3, а общая площадь их водного зеркала — 400 тыс. км2.
В СССР построено более 1000 водохранилищ, суммарный по-
лезный объем которых превышает 500 км3, а полный 1000 км3,
общая площадь водного зеркала всех водохранилищ превышает
70 тыс. км2 (без площади подпорных озер). Русла некоторых круп-
нейших рек по существу представляют собой каскады водохрани-
лищ, наиболее крупные из них Волжско-Камский, Днепровский
и Ангаро-Енисейский. Например, в бассейне р. Волги сооружено
11 крупнейших водохранилищ суммарным полным объемом 180 км3,
полезным объемом 94 км3 и общей площадью зеркала около
25 тыс. км2; в бассейне р. Днепра сооружено шесть крупных водо-
хранилищ с суммарным полным объемом 40 км3, полезным объе-
мом 18 км3 и общей площадью водного зеркала 7 тыс. км2. Эти
каскады полностью изменяют гидрологический режим речных
систем.
Суммарный полезный объем водохранилищ США, так же, как
и в СССР, составляет около 500 км3, полный почти 800 км3, учи-
тывая, что суммарный годовой сток рек США в два раза меньше,
чем в СССР, степень регулирования речного стока американских
рек довольно высока. В Канаде примерно такой же суммарный
объем водохранилищ (рис. 3.1). В трех крупнейших странах
(СССР, США, Канада) сосредоточена примерно половина всего
суммарного объема водохранилищ мира (рис. 3.1).
В развитых странах мира высокие темпы сооружения водохра-
нилищ имели место с 1950 по 1970 г., когда во многих хорошо
освоенных регионах речной сток был практически полностью заре-
гулирован. В последующие годы темпы сооружения водохранилищ
G3
значительно упали, но в странах с богатыми естественными вод
ными ресурсами все еще остаются довольно высокими и такими
а — Земля в целом, б — СССР, в — США, г—Канада.
Рис. 3.2. Динамика полного объема
водохранилищ в некоторых разви-
вающихся странах мира.
останутся до конца столетия. В развивающихся странах наи-
большие темпы регулирования речного стока приходятся на
70—80-е годы (рис. 3.2); в Африке, например, в этот период по-
строено четыре (Виктория и Насер иа р. Нил, Вольта иа р. Вольта,
Кариба на р. Замбези) из семи крупнейших водохранилищ мира
64
объемом более 130 км3. Самыми большими водохранилищами
в мире по объему являются Виктория на р. Нил (205 км3) и Брат-
ское на р. Апгаре (169 км3), по площади водного зеркала — Вольта
в Гане (8500 км2) и Куйбышевское в СССР (6500 км2).
В соответствии с имеющимися во многих странах перспектив-
ными планами можно полагать, что к концу XX столетия суммар-
ный объем водохранилищ мира достигнет 7000—7500 км3, т. е.
возрастет примерно в 1,5 раза по отношению к современному. Со-
хранение на перспективу в целом довольно высоких темпов соору-
жения водохранилищ объясняется повышающейся ролью гидро-
энергетики в условиях дефицита жидкого и твердого топлива. Как
известно, гидроэнергетика несет важнейшую функцию покрытия
пиковых нагрузок потребления электроэнергии, которую не могут
эффективно выполнять ни тепловые, ни атомные станции. Помимо
этого, водохранилища обеспечивают большую часть объема водо-
потребления промышленностью, тепловых и атомных станций,
сельским хозяйством; являются основой крупномасштабных водо-
хозяйственных систем, выполняющих регулирование речного стока
во времени и по территории, защиту населенных пунктов от навод-
нений и паводков.
В СССР за период 1975—2000 гг. предполагается более чем
в полтора раза увеличить суммарную полезную емкость водохра-
нилищ, т. е. высокие темпы создания водохранилищ сохраняются.
Однако существенно меняются тенденции и принципы в отношении
характера сооружаемых водохранилищ, их величин, назначения и
размещения по территории. Можно выделить следующие основные
факторы, обусловливающие тенденции и темпы сооружения водо-
хранилищ в СССР до конца XX столетия:
— регулирование стока рек Сибири и Дальнего Востока, гидро-
энергетический потенциал которых очень высок и использу-
ется недостаточно, с целью получения дешевой электроэнер-
гии, необходимой для комплексного освоения указанных сла-
бообжитых регионов;
— более полное регулирование стока рек южных районов
страны, прежде всего в республиках Средней Азии, Казах-
стана, в районах Кавказа, в республиках Закавказья для
орошения и обводнения новых земель и улучшения условий
водообеспечения существующего орошения;
— предотвращение наводнений, прежде всего на реках Даль-
него Востока и Приморья, Закарпатья;
— водоснабжение отдельных промышленных районов, городов,
тепловых и атомных станций, крупных промышленных пред-
приятий;
__ создание комплексных водохозяйственных систем по регули-
рованию и перераспределению речного стока во времени и по
территории.
Как следует из перечисленных задач, для решения которых не-
обходимо регулирование речного стока, крупные водохранилища
в СССР сооружаются в настоящее время и будут сооружаться
5 Заказ № 159
65.
в перспективе главным образом на реках Сибири и Дальнего Во-
стока, в горных районах Средней Азии, Кавказа, Закарпатья, где
можно их строить без затопления больших массивов дорогостоя-
щих земель, пригодных для сельскохозяйственного использования.
Строительство в перспективе очень больших водохранилищ в рав-
нинных обжитых районах, а тем более спроектированных ранее
сверхгигантских водохранилищ в устьях больших сибирских рек
(типа Нижнеобского или Нижнеленского) представляется нереаль-
ным прежде всего ввиду их очень большого негативного влияния
на окружающую среду.
Основная же масса водохранилищ, которые будут создаваться
в нашей стране в перспективе — это преимущественно средние
(площадью 100—1000 км2) и небольшие (менее 100 км2) водохра-
нилища, не затапливающие большие площади и имеющие относи-
тельно большой полезный объем. Указанные водохранилища позво-
лят решить очень широкий комплекс водохозяйственных проблем
в бассейнах средних и небольших рек при незначительном негатив-
ном воздействии на окружающую среду.
Аналогичные тенденции имеют место при перспективном плани-
ровании регулирования речного стока и в других развитых стра-
нах мира.
3.2. О влиянии водохранилищ
на внутригодовое распределение стока
Сооружение водохранилищ — наиболее распространенный и эф-
фективный способ устранения дефицита водных ресурсов в мало-
водные годы и лимитирующие периоды. Наибольшее развитие оно
получило в речных бассейнах, имеющих в среднем вполне достаточ-
ные водные ресурсы, ио характеризующиеся большой изменчи-
востью во времени.
Регулирование речного стока водохранилищами прежде всего
и заключается в выравнивании его внутригодового распределе-
ния— увеличение расходов воды в меженные периоды за счет
уменьшения паводочного стока. Из всего комплекса факторов хо-
зяйственной деятельности, действующих в пределах крупных реч-
ных водосборов, сооружение водохранилищ оказывает решающее
влияние на внутригодовое распределение стока в замыкающих
створах.
Следует отметить, что внутригодовое распределение стока в ус-
ловиях естественного режима и стационарности климата является
довольно устойчивой характеристикой крупного речного водо-
сбора, что объясняется относительной устойчивостью за многолет-
ний период внутригодового распределения метеорологических фак-
торов (осадков и температуры воздуха), а также воздействием
аккумулирующей емкости водосбора. И только сооружение круп-
ных водохранилищ приводит, как правило, к хорошо заметим
со
сдвигам в режиме внутригодового распределения стока в замыкаю-
щем створе реки.
В качестве подтверждения изложенного положения приведем
заимствованные из работы [50] данные об относительном распре-
делении стока по сезонам для ряда речных бассейнов в условиях
условно-естественного режима и после сооружения крупных водо-
хранилищ (табл. 3.1). Для больших рек в условиях практически
естественного режима относитель-
ные значения сезонного стока
очень устойчивы при осреднении
даже за короткие пятилетние пе-
риоды— отклонения значений от
средних многолетних не превы-
шают 2—5%. Резкие изменения
в распределении стока по сезонам
имеют место лишь после соору-
жения водохранилищ.
Степень преобразования внут-
ригодового распределения стока
реки при сооружении водохрани-
лищ прежде всего определяется
Рис. 3.3. Зависимость (3.1) для больших
рек СССР, зарегулированных водохра-
нилищами.
Номера у точек — водосборы по табл. 3 2.
отношением^ полезной емкости водохранилищ к годовому стоку
реки И^плз/С* и, кроме того, в значительной степени зависит от типа
водохранилищ и режима регулирования стока. Указанное положе-
ние можно наглядно проиллюстрировать данными табл. 3.2 и
рис. 3.3. В табл. 3.2 для всех основных рек СССР, зарегулирован-
ных крупными водохранилищами и имеющими продолжительные
периоды наблюдений за стоком, приведены средние значения коэф-
фициентов внутригодовой зарегулированности стока, подсчитанные
по методу В. Г. Андреянова [4] за естественные многолетние пе-
риоды греет и за периоды после сооружения водохранилищ в бассей-
нах гррег- На рис. 3.3 представлена зависимость вида
построенная по данным табл. 3.2, которая показывает в общем уве-
личение степени годовой зарегулированности речного стока в зави-
симости от отношения £ ^илз/фест- Причем, как и следовало ожи-
дать, зависимости резко различны для водохранилищ сезонного
5*
67
Таблица 3.1
Относительное распределение стока по сезонам в процентах от годового, осредненное по пятилетиям
Период р. Волга—г. Волгоград р. Днепр—г. Каховка р. Дон—ст-ца Раздорская р. Ангара—с. Пашки
годовой мо- дульный коэффициент 1 весна (IV—VII) лето—осень (VIII—XI) зима (XII—III) годовой мо- дульный коэффициент весна (III-V) лето—осень (VI-XI) зима (XII-II) годовой мо- дульный коэффициент весна (III-VI) лето—осень (VII—XI) зима (XII-II) годовой мо- дульный коэффициент - весна (IV- V) лето—осень (VI—XI) зима (XII—III)
1881—1885 1,10 68,6 20,0 11,4 0,92 52,5 36,5 11,0
1886—1890 1,19 65,0 22,7 12,3 1,03 58,4 29,1 12,5
1891—1895 1,10 65,1 23,3 11,6 1,05 54,5 33,7 11,8 1,02 80,5 12,4 7,1
1896—1900 0,97 67,3 21,2 11,5 0,99 56,6 32,7 10,7 1,23 82,2 11,9 5,9
1901—1905 1,03 69,3 20,0 10,7 0,94 49,5 36,6 13,9 0,88 77,4 12,7 9,9 0,77 11,4 61,3 27,3
1906—1910 0,92 68,7 21,3 10,0 1,17 55,7 33,9 10,4 0,93 79,0 12,4 8,6 1,10 10,9 61,2 27,9
1911—1915 1,07 70,3 17,8 11,9 1,07 53,2 31,2 15,6 1,07 73,0 13,3 13,7 0,98 11,7 59,7 28,6
1916—1920 1,07 68,3 21,7 10,0 1,15 57,2 28,6 14,2 1,41 78,8 11,5 9,7 0,97 11,2 62,1 26,7
1921—1925 0,99 64,7 20,2 15,1 0,87 56,7 30,7 12,6 0,80 74,8 16,2 9,0 0,85 11,3 62,2 26,5
1926—1930 1,27 62,6 22,0 15,4 1,08 50,3 36,9 12,8 1,37 77,5 13,5 9,7 0,88 П,4 60,9 27,7
1931—1935 0,90 65,8 21,9 12,3 1,42 51,4 36,4 12,2 0,98 73,9 18,0 8,1 1,26 10,5 61,2 28,3
1936—1940 0,70 72,7 16,5 10,8 0,96 59,7 25,9 14,4 0,82 75,2 15,2 9,6 1,19 11,0 j 61,9 28,3
1941—1945 0,97 67,5 20,0 12,5 1,10 51,8 36,7 11,5 1,22 75,0 16,5 8,5 1,04 11,5 60,3 28,2
1946—1950 1,08 64,9 21,2 13,9 0,88 53,6 31,7 14,7 0,95 75,6 14,1 10,3 1,02 11,5 59,8 28,7
1951—1955 0,95 62,8 22,6 14,6 0,89 46,4 39,3 14,3 0,86 58,3 27,5 14,2 0,99 11,6 61,2 27,2
1956—1960 0,95 54,6 22,8 23,3 0,90 42,1 35.2 22,7 1,02 45,2 35,4 19,4 0,82 12,8 55,9 31,3
1961—1965 0,96 48,6 34,1 27,3 0,78 28,7 41,3 30,0 0,96 51,5 34,9 13,6 1,00 16,4 48,8 34.3
1966—1970 0,94 52,0 22,3 25,7 1,08 43,9 29,6 26,5 0,82 47,3 38,9 13,8 1,00 17,5 48,8 33,7
1971—1975 0,83 49,5 27,3 28,2 0,78 27,4 35,6 37,0 0,57 35,3 40,1 24,6 1,08 15,0 53,7 31,3
Естественный ре- жим
Наибольший 72,7 23,3 15,4 59,7 39,3 15,6 82,2 18,0 13,7 П,7 62,2 28,7
Средний 66,9 20,8 12,3 53,8 33,4 12,8 76,9 14,0 9Д 11,3 91,1 27,8
Наименьший 62,6 16,5 10,0 46,4 25,9 10,4 73,0 11,5 5,9 10,5 59,7 26,5
Нарушенный ре- жим
Наибольший 54,6 34,1 28,2 43,9 41,3 37,0 58,3 40,1 24,6 17, Г> 55,9 34,8
Средний 51,2 26,6 26,1 35,5 35,4 29,3 47,5 35,4 17,1 15,4 51,8 32,7
Наименьший 49,5 22,3 23,3 27,4 29,6 22,7 35,3 27,5 13,6 12,8 43,8 31,3
Примечание. Начало нарущенного перИ0Да для р, Волги —г. Волготал
8 с. Пашки с 1056 г., для р. Допа - ст-ца Раздорская с 1951 г. ^‘оград,
р. Днепра — г.
Каховка
и р. Ап гпрц
Таблица 3.2
Изменение коэффициентов зарегулированности стока рек после
сооружения водохранилищ в их бассейнах
№ на рис. 3.3 Река—пункт Qecr км3/год S Wn 13 км3 S \\7плз <2ест ^рег Фест
1 Волга — Волгоград 254 89,0 0,35 1,24 1 A R
2 Волга — Ярославль 32,8 18,3 0,56 1,4о 1 пл
3 Днепр — Каховка 53,9 18,0 0,33 1,29
4 Дон — Раздорская 28,1 11,5 0,41 1,62 1 1 А
5 Урал — Тополи Ю,1 2,8 0,28 1,10
6 Кура — Сабирабад 18,0 7,4 0,41 1,20
7 Обь — Новосибирск 54,9 4,4 0,15 1,09
8 Обь — Белогорье 318 35,4 0,11 1,00
9 Иртыш — Усть-Камено- горск 19,2 30,8 1,60 1,21
10 Иртыш — Тобольск 67,8 30,8 0,45 1,06
11 Ангара — Татарка 142 97,8 0,69 1,08
12 Енисей — Енисейск 244 142 0,58 1,14
13 Енисей — Игарка 630 142 0,22 1,00
последних — ре-
и многолетнего регулирования. Основная задача
гулирование стока в многолетнем разрезе и в меньшей степени
внутри года, поэтому изменение коэффициента годовой зарегули-
рованности ср здесь выражено значительно меньше. Большой раз-
брос точек объясняется индивидуальными особенностями работы
каждого водохранилища.
Для оценки изменений внутригодового распределения речного
стока под влиянием водохранилищ используют следующие методы:
1) сопоставление и анализ характеристик внутригодового рас-
пределения стока в пунктах наблюдений за периоды до и после
сооружения водохранилищ;
2) анализ руслового водного баланса;
3) расчеты трансформации бокового притока по участкам
русла реки.
Первый метод наиболее прост и потому особенно широко при-
меняется на практике, тем более, что па реках, где сооружаются
крупные водохранилища, обычно имеются многолетние ряды
наблюдений за стоком. В основе этого метода оценки лежит имею-
щая место устойчивость внутригодового распределения стока на
больших реках в условиях естественного режима (табл. 3.1).
практически оценка изменений внутригодового распределения
П° Рядам фактических наблюдений производится с использо-
!Т,еМ АВуХ гРупп методических приемов: по распределению так
(4 Б^ЗОэР «ФНКТНВПого>> года 11 по характерным реальным годам
,пЛ°^етодУ «Фиктивного» года за многолетний период паблюде-
.. 1-птоп1^1раЮТСЯ гРуппы маловодных, средних и многоводных лет
В которые для каждого сезона попадают да,...е о мсичиом ctokJ
70
за различные водохозяйственные годы, но для которых выдержано
основное условие схемы расчета — равнообеспеченность значений
стока за выделенные сезоны и годы. Таким образом, осредняя
выбранные данные, получают фиктивные распределения стока
(в процентах от годового) различной обеспеченности за период
естественного режима и за нарушенный период, сравнивая которые
нетрудно определить изменения, происшедшие за счет хозяйствен-
ной деятельности в стоке различных месяцев и сезонов.
Таким способом можно получить объективные количественные
выводы, если период нарушенного режима имеет большую дли-
тельность и однороден по масштабам воздействия водохозяйствен-
ных мероприятий на сток в течение всего периода. Однако такое
бывает довольно редко; чаще всего в течение нарушенного периода
происходит постепенное и все увеличивающееся антропогенное
изменение гидрологического режима в замыкающем створе реки.
В этих случаях использование метода характерных реальных лет
более предпочтительно по сравнению с методами «фиктивного»
года. В качестве реального года заданной обеспеченности обычно
[50] выбирается год, у которого обеспеченность трех основных
сезонов (весны, лета—осени и зимы) наиболее близка к заданной.
После того, как реальные годы, наиболее близко соответствующие
заданной водности, найдены за естественный и нарушенный пе-
риоды, вычисляется процентное распределение стока внутри года —
обычно по месяцам и сезонам. Сопоставление полученных распре-
делений в годы различной водности позволяет сделать выводы
в отношении комплексного влияния водохранилищ в бассейне на
сток реки. Таким образом выполнена, например, в ГГИ оценка про-
исшедших изменений внутригодового распределения стока (по ме-
сяцам и сезонам) всех основных рек СССР, в бассейнах которых
сооружены крупные водохранилища; результаты этой оценки при-
ведены в работе [50], а также на рис. 3.4, где показано изменение
внутригодового распределения стока р. Волги у г. Волгограда
в различные по водности годы.
В целом сооружение водохранилищ и другая хозяйственная
деятельность в бассейне привели к значительному уменьшению ве-
сеннего половодья и увеличению меженного стока реки, особенно
зимнего (в 2—3 раза). Изменения месячного стока в значительной
степени зависят от водности года, что уже заметно для обеспечен-
ностей, представленных на рис. 3.4. В условиях очень высоких по-
ловодий (обеспеченностью 1—5 %) в водохранилищах может акку-
мулироваться всего около 10 % объема половодья, поэтому умень-
шение месячного весеннего стока будет незначительным, а
максимальные расходы вообще могут не уменьшаться, поскольку
аккумуляция происходит обычно на спаде гидрографа. Вполне
возможно, что в бассейне р. Волги, как и па других реках, при
определенных условиях формирования исключительно высокого
максимального стока максимальные расходы в условиях действия
водохранилищ могут даже превышать естественные максимумы
J313, 355]. Изменение режима стока р. Днепра в различные по
71
водности годы в результате регулирования каскадом водохранилищ
показано в работе [289].
Оценка антропогенных изменений внутригодового распределе-
ния стока по фактическим рядам наблюдений обладает следую-
щими существенными недостатками: 1) она выявляет воздействие
на сток не чисто водохранилищ, а всего комплекса действующих
I I I I I I I-L1 1-1—1 I .1 I 1 1 .1 I 1 1 1 1-J I I I I I 1 I I I I U
/ /// и vn /л л/ 1 т v YH д Xi / /// v vu // //
Рис. 3.4. Изменение внутригодового распределения стока р. Волги у Вол-
гограда под влиянием водохранилищ в различные по водности годы.
а — Р<=*25 %, б — Р=50 %, в — Р^75 %, г — Р=95 %; / — естественный, 2 — нарушенный.
на водосборе факторов хозяйственной деятельности; 2) оценка из-
менений внутригодового распределения стока возможна в среднем
за многолетний период или условно для расчетных лет различной
водности, но не за конкретные календарные или водохозяйствен-
ные годы и периоды;
3) таким способом невозможно прогнозировать изменение ре-
жима стока под влиянием строящихся или проектируемых водохра
нилищ.
Оценить изменение внутригодового распределения стока за счет
водохранилищ нетрудно и с использованием метода руслового
водного баланса. Для этого необходимы детальные данные по вод-
ным балансахм каждого крупного водохранилища, которые состав-
ляются учреждениями Госкомгидромета СССР, и участков русла
между водохранилищами за месячные или декадные интервалы
времени за все годы их работы. Для Волжско-Камского каскада
водохранилищ такая оценка по декадным интервалам времени вы-
полнена в Гидропроекте А. Г. Соколовым; результаты восстановле-
ния естественного стока р. Волги у г. Волгограда за 1969—1974 гг.
72
и их анализ, а также ожидаемое изменение внутригодового распре-
деления стока в различные по водности годы на уровень 1985
и 2000 гг. приведены в работе [253].
При использовании метода руслового водного баланса обычно
вместе с влиянием водохранилищ учитывают в балансе и объемы
Q КМ3
^гой- 74,0 км
Qrod = 45,7 км3
/// v w /х х/
т v w/ /х х/
Рис. 3.5. Наблюденный (/) и восстановленный (2) по методу
руслового водного баланса сток р. Дон — ст-ца Раздорская за
многоводный 1979 г. (а) и маловодный 1975 г. (б).
водопотребления на различные хозяйственные нужды, т. е. оцени-
вают влияние на внутригодовое распределение стока всего ком-
плекса факторов хозяйственной деятельности и каждого фактора
в отдельности. Для бассейна р. Волги в соответствии с данными
работы [253] роль водохранилищ в преобразовании режима сезон-
ного, месячного и декадного стока является решающей.
Метод руслового водного баланса использован также в ГГИ
для восстановления стока рек Дона и Кубани в Азовское море по
месяцам за 1953—1980 гг.; при восстановлении, помимо влияния
водохранилищ, учитывалось воздействие орошения, промышленно-
коммунального и сельскохозяйственного водопотребления. Для
этого бассейна роль в изменении внутригодового распределения
стока Цимлянского водохранилища (полезный объем 11,5 км3)
также значительно больше, чем всех других факторов хозяйствен-
ной деятельности. На рис. 3.5 в качестве примера показаны гидро-
73
графы месячного стока для лет различной водности, наблюденные
и восстановленные в ГГИ с учетом влияния водохранилищ и водо-
потребления в бассейне.
Метод руслового водного баланса требует детальной исходной
информации по водным балансам за короткие интервалы времени,
которые далеко не всегда имеются. Однако он незаменим при вос-
становлении стока за конкретные месяцы и сезоны года, а также
при прогнозных оценках влияния на сток проектируемых водохра-
нилищ, для чего чаще всего и используется на практике. Естест-
венно, что для прогноза требуются хотя бы ориентировочные дан-
ные по водным балансам будущих водохранилищ и режиму их
работы. Точность оценки и прогноза по методу руслового водного
баланса целиком определяется погрешностями расчета его элемен-
тов; при этом, естественно, чем короче интервал времени, за кото-
рый составляется баланс, тем больше погрешность оценки.
Существенным недостатком метода руслового баланса является
неучет влияния на сток и его внутригодовое распределение факто-
ров хозяйственной деятельности, которые связаны с изменением
условий формирования стока на водосборе (агролесомелиоратив-
ные мероприятия, вырубка и посадка леса, урбанизация и т.п.).
Поэтому восстановленный по русловому балансу сток реки нельзя
считать в полной мере естественным, его значения отражают
комплексное воздействие указанных выше факторов.
Для решения задач восстановления режима стока в результате
воздействия одиночных водохранилищ или целого каскада водо-
хранилищ разработаны и успешно используются на практике при-
ближенные методы ретрансформации гидрографов, основанные на
расчетах движения паводочных волн по участкам русла с учетом
боковой прнточности. При этом применяются или детальные ме-
тоды расчета неустаиовпвшегося движения воды [89], или, чаще
всего, так называемые инженерные приближенные методы по ли-
нейным пли нелинейным кривым добегания. Последние успешно
использованы в УкрНИИ И. А. Железняком для рстрансформации
стока р. Днепра [102, 103] и под руководством автора в ГГИ
А. И. Моисеинковым для восстановления стока р. Волги в различ-
ных створах в составе упрощенной математической модели форми-
рования и использования стока в бассейне [78, 199, 301]; описание
модели и результаты ее изменения приведены в главе 7. Следует
отметить, что только путем ретрансформации гидрографа по мето-
дам неустановившегося движения удается более или менее на-
дежно оценить влияние водохранилищ па сток, осреднеппый за
короткие интервалы времени (менее 10 сут), на форму гидрографа
и па максимальные расходы поды, что имеет особенно большое
практическое значение.
Сооружение крупных водохранилищ па реках путем выравни-
вания колебаний речного стока и преобразования водного баланса
приводит к существенным изменениям естественных природных ус-
ловии не только речных русел и пойм в верхнем и нижнем тече-
ниях, но и в некоторой степени устьевых областей, дельт и даже
74
режима внутренних морей, куда эти реки впадают. Сами водохра-
нилища как аккумуляторы больших водных масс оказывают весьма
существенное и комплексное влияние на окружающую территорию
[67, 101].
Современные масштабы регулирования речного стока приводят
также к резким изменениям скорости обмена речных вод в русло-
вой сети, состояния водных объектов и качества воды. Например,
за счет регулирования водохранилищами скорость водообмена
в бассейне р. Л1осквы уменьшилась примерно в 16 раз, в резуль-
тате создания водохранилищ Волжско-Камского каскада скорость
водообмена в бассейне р. Волги уменьшилась в 12 раз, в бассей-
нах рек СССР — в 4 раза, а в целом в бассейнах рек земного
шара — примерно в 3—4 раза [44—46, 179]. Это играет, к сожа-
лению, весьма большую негативную роль и приводит к ухудшению
качества воды. Обычно в водохранилищах, даже не загрязненных
сточными водами, трансформация речного стока приводит к тому,
что качество воды заметно ухудшается по сравнению с незарегули-
рованными речными водами [44—46, 108, 146, 179].
С сооружением водохранилищ, особенно в южных районах, свя-
зана проблема евтрофирования водоемов и образования так назы-
ваемых сине-зеленых водорослей, эффективная борьба с которыми
представляет собой очень сложную задачу.
3.3. Влияние водохранилищ на годовой сток рек
Во многих регионах земли сооружение водохранилищ влечет
за собой некоторое уменьшение общих ресурсов пресных вод за
счет дополнительного испарения с водной поверхности. Уменьшение
водных ресурсов в отдельных районах составляет довольно боль-
шую долю в общем безвозвратном потреблении воды на хозяй-
ственные нужды. Согласно оценкам ГГИ [126, 303], в целом для
земного шара дополнительное испарение с водохранилищ примерно
в 2 раза больше, чем безвозвратные потери воды на коммунальные
нужды, промышленность и теплоэнергетику вместе. Поэтому этот
аспект довольно важен в общем комплексе вопросов влияния водо-
хранилищ на гидрологический цикл.
В нашей стране вопросом влияния водохранилищ на суммарный
годовой сток занимались многие ученые, начиная примерно
с 30-х годов XX в. Такие расчеты велись для бассейна р. Волги
и были очень важны и актуальны в связи с начавшимся проекти-
рованием каскада водохранилищ Большой Волги и необходи-
мостью долгосрочного прогноза среднего уровня Каспийского моря,
для которого р. Волга дает 80 % суммарного притока. При этом
основное внимание уделялось главному фактору влияния водохра-
нилищ на водные ресурсы — безвозвратным потерям воды за счет
испарения. Результаты исследований были весьма разноречивы.
Например, Отделом гидрологии Волгостроя еще в довоенный пе-
риод это значение оценивалось в 12,1 км3/год для среднего по вод-
75
ности года. Несколько позднее С. И. Руденко [243] суммарные
потерн па испарение оценил всего в 2,4 км3/год. Проектным расче-
там Волгостроя в общем были близки данные Д. В. Коренистова
[139], который считал, что только за счет дополнительных потерь
па испарение с четырех водохранилищ (Куйбышевского, Волго-
градского, Чебоксарского и Горьковского) сток Волги снизится на
5,7 км3/год. По расчетам Гидропроекта к Генеральной схеме ком-
плексного использования и охраны водных ресурсов СССР потери
стока р. Волги за счет испарения с водохранилищ составляли на
уровень 1970—1980 гг. 7,5—9,0 км3/год, а на перспективу достигнут
12—14 км3/год, потери стока р. Днепра — 3,4—3,6 км3/год. Ука-
занные значения чаще всего и принимаются при расчетах совре-
менных и перспективных водохозяйственных балансов.
В гидрологической литературе приводятся и другие значения
потерь волжского стока за счет испарения с водохранилищ, в част-
ности, в работе [174] они оцениваются в 6 км3/год. Расхождения
значений потерь по отдельным водохранилищам еще более значи-
тельны и они обусловлены прежде всего недостаточно корректными
методами, применяемыми при расчетах.
Наиболее обоснованный метод оценки влияния водохранилищ
на годовой сток рек разработан в ГГИ. Он включает в себя деталь-
ную и упрощенную схему расчета и позволяет дать оценку влияния
на сток как существующих, так и проектируемых водохранилищ.
Детальная схема расчета применяется для оценки влияния дей-
ствующих водохранилищ иа годовой и сезонный сток.
В результате сооружения водохранилищ происходит изменение
объема стока в замыкающем створе реки (ДУ) за счет изменения
суммарного испарения в бассейне (U), а также в результате запол-
нения чаши водохранилища и увеличения запасов подземных вод W
&Y = U + W. (3.2)
Первая составляющая уравнения (3.2) U является постоянно
действующим фактором за все время существования водохрани-
лища. Величина IF представляет собой временные потерн, дей-
ствующие в период с момента заполнения водохранилища до на-
ступления установившегося режима подземных вод (если отсут-
ствует постоянный подземный отток воды из водохранилища за
пределы водосбора), при этом продолжительность периода для
крупных равнинных водохранилищ весьма велика и составляет
7—15 лет. Величины U и W имеют, как правило, наибольшие зна-
чения при сооружении водохранилищ в зонах недостаточного
увлажнения: первая — за счет большей разницы испарения с воды
по сравнению с сушей, а вторая — за счет более глубокого стояния
в естественных условиях уровней грунтовых вод в районе сооруже-
ния водохранилищ.
Объем потерь воды за счет изменения испарения в бассейне
складывается из трех составляющих:
С7 = ^з + ^31, + б/11б, (3.3)
76
где U3— объем потерь с зоны затопления водохранилища; Изп—
то же с зоны подтопления; (7Пб— объем потерь за счет изменения
заливаемости в нижних бьефах водохранилищ. Главную роль
в уравнении (3.3) имеет первая составляющая U3, которая опре-
деляется площадью затопленной территории F3 и дополнительным
слоем испарения U3 с этой территории *
U3 = U3F3 1 О-6, (3.4)
где F3 — площадь затопленной территории, км2.
Величина U3 может быть рассчитана по уравнению
U3 = E3-P' 4-Уз, (3.5)
которое нетрудно получить по разности уравнений водного баланса
участка водосбора до и после сооружения водохранилища [298].
В уравнении (3.5) Ев — испарение с водной поверхности водохра-
нилища; Р'— осадки на водное зеркало; У3 —сток, который фор-
мируется с участка долины, занятой водохранилищем. Площадь
затопления F3 в формуле (3.4), очевидно, будет равна
F3 = FB-FP. (3.6)
При наличии данных по текущим водным балансам, которые
в настоящее время составляются гидрометобсерваториями для
каждого крупного водохранилища страны, последние использу-
ются в расчетах по формулам (3.4) — (3.6). При отсутствии данных
по водным балансам расчет испарения с водной поверхности про-
изводится в соответствии с указаниями [262] с использованием
фактических данных наблюдений за гидрометеорологическими эле-
ментами в районе водоема и на его акватории.
Слой осадков на поверхность водохранилища Р определяется по
данным береговых или ближайших к району расположения водо-
хранилища метеостанций с введением поправок па недоучет осад-
ков за счет выдувания, смачивания, испарения из осадкомерного
ведра в соответствии с методикой, изложенной в [191].
Таким образом, основная трудность расчетов по формулам
(3.4) — (3.6) состоит в определении за каждый принятый интервал
времени стока У3, который имел бы место в естественных условиях
с затопленной территории, а также величин Гр. Наиболее надежно
величина У3 рассчитывается методом аналогии, используя в каче-
стве аналогов водосборы, расположенные в районе водохранилища
и имеющие климатические и физико-географические характе-
ристики, близкие соответствующим характеристикам затопленной
территории. Для каждого крупного водохранилища используется
несколько аналогов, и величина У3 рассчитывается как среднее из
наблюденных значений стока по всем принятым аналогам [298].
* В уравнении (3.4) и в последующих в этом параграфе буквенные обозна-
чения со штрихом означают величины, выраженные в мм слоя.
77
Кроме метода аналогии, для определения Y'3 при наличии мате-
риалов по водным балансам водохранилищ может быть использо-
вано соотношение [75]
Г;=^пр . 10-б,
1 б. пр
(3.7)
где Qc. пр — объем бокового притока к водохранилищу, км3;
Гб. пр— площадь водосбора, на которой формируется боковой при-
ток, определяется по разности площади бассейна водохранилища
и площади водосбора до входного створа, км2. Очевидно, что вы-
ражение (3.7) может дать достоверные результаты, если физико-
географические характеристики водосбора бокового притока
близки по условиям формирования стока к территории, затоплен-
ной водохранилищем. Использование этого способа неприемлемо,
например, если водохранилище расположено на равнине, а боковой
приток представляет собой сток горных рек.
Площадь русла в естественных условиях Fp является функцией
притока и имеет большую изменчивость как внутри года, так и
в многолетнем разрезе. Для водохранилищ озерного типа значе-
нием Fp, как правило, можно пренебречь ввиду ее малости; для
речных водохранилищ величина Fp будет весьма существенной,
особенно при больших амплитудах колебания уровней воды в реке
в естественных условиях. Как показывает анализ гидрометрических
данных по створам за многолетний период, а также проектных ма-
териалов по кривым площадей водохранилищ, для ряда рек пло-
щади затопления в естественных условиях при расходах редкой
повторяемости имеют значения, близкие к площадям водного
зеркала современных речных водохранилищ. В меженный период
величина Fp также весьма существенна и составляет 10—25 °/о
от Гв.
Для определения величин Fp для каждого водохранилища стро-
ятся зависимости вида
Гр = ф(Упр). (3.8)
При этом для меженных значений притока величина Fp рассчи-
тывается по картам, по ширине реки на гидростворах или прини-
мается по имеющимся для каждого водохранилища проектным
данным; максимальная величина Fp определяется по кривым пло-
щадей водохранилищ и соответствует максимальной амплитуде
колебания уровня воды в реке в естественных условиях. Вид зави-
симости (3.8) от минимальных до максимальных значений опреде-
ляется по кривым площадей водного зеркала.
а рис. 3.6 показана зависимость вида (3.8), полученная для
олгоградского водохранилища, из которой следует, что в межень
при средних месячных расходах воды в реке 4000—5000 м3/с пло-
щадь русла Fp в естественных условиях равна примерно 800 км2
-----ПРИ НПУ), а при расходах
1,5 % обеспеченности) Fp увеличивается до 2700 км2,
(26 % площади водохранилища
40000 м3/с («Г"'
78
что составляет около 87 % площади зеркала Волгоградского водо-
хранилища.
Потери на испарение с зоны подтопления прилегающих к водо-
хранилищу земель определяются по формуле
U3n = (Е'п - Ес) Fпод • 10~6, (3.9)
где Пзп определяется в км3; — испарение с зоны подтопления,
мм; Ес—испарение с суши до подтопления, мм; £Под— площадь
подтопленной территории, км2, участок суши, прилегающий к кон-
Рис. 3.6. Зависимость /?р=='ф(Рпр) для Волгоград-
ского водохранилища.
туру водохранилища с глубиной залегания уровня грунтовых вод
не более 2,0—2,5 м. Величина Е'п определяется по данным специ-
альных наблюдений или принимается для районов недостаточного
увлажения равной 2/з от испарения с водной поверхности, а для
районов достаточного и избыточного увлажнения принимается рав-
ной испарению с водной поверхности. Способы оценки Ес изло-
жены в рекомендациях [235].
Практически значение (£п — Ес) определяется испарением
с грунтовых вод, которое можно оценить по существующим эмпи-
рическим формулам в зависимости от уровня залегания грунтовых
вод, метеорологических данных и характеристик почвогрунтов
[293].
Площади подтопленных территорий £под, постоянные для каж-
дого водохранилища, определяются по проектным данным или по
материалам специальных обследований. По данным выполненных
исследований [101, 298] площади подтопления для равнинных во-
дохранилищ не превышают обычно 5—7 % от площади водного
зеркала и, следовательно, потери с подтопленных территорий U3a
невелики по сравнению с потерями на испарение с зон подтопле-
ния и3.
На некоторых речных бассейнах влияние больших водохрани-
лищ на испарение проявляется не только в пределах зон затопле-
ния, но и на нижележащих участках в связи с изменением режима
79
и площадей затопления поймы и дельты (Волга, Урал, Кубань,
Терек, Сырдарья, Амударья, Или и др.)- Уменьшение испарения
в нижних бьефах водохранилищ Une км3 вследствие сокращения
площадей затопления поймы или дельты в условиях регулирова-
ния речного стока определяется по выражению
= (F„6-Fp) . IO"6, (3.10)
где Е'с и Е'в — испарение с участков поймы или дельты, затапли-
ваемых соответственно до и после создания водохранилища, мм;
Анб — площадь водной поверхности реки ниже данного водохрани-
лища до следующего водохранилища каскада, до первого крупного
притока пли до устья, км2; Fp — площадь водной поверхности реки
в естественных условиях на том же участке при том же расходе
воды во входном створе водохранилища, км2. Способы расчета Е
и е'в изложены в соответствующих указаниях [235, 262]; при опре-
делении площадей АПб используются рекомендации, изложенные
в работе [192].
При неизменных метеорологических условиях в пределах рас-
сматриваемых участков ниже водохранилища величина t/H6 про-
порциональна изменению параметра заливаемости A(T3), отра-
жающего изменение максимальной площади и продолжительности
заливания в результате снижения максимальных расходов и объе-
мов половодья, обусловленных созданием водохранилищ. Как по-
казали исследования [293, 298], при наличии необходимых данных
величина UU6 довольно надежно может быть рассчитана на осно-
вании анализа зависимостей вида:
^- = ,|,(ГЗ). (3.11)
ТЗ = 41 (Г„с), (3.12)
где £пб — суммарное испарение при разливах реки па нижележа-
щих участках; определяется для каждого вида угодий по спе-
циальным расчетным формулам с использованием метеорологиче-
ских данных и сведений о площадях угодий [293]; D — дефицит
влажности воздуха; со — скорость ветра; ТЗ — параметр заливаемо-
сти, представляющий собой произведение максимальной заливае-
мости в долях от всей площади на продолжительность стояния
воды на пойме в сутках; Увес — объем весеннего стока в створе
вышележащего водохранилища.
По зависимостям (3.11) и (3.12), зная изменение объема весен-
него стока в результате регулирования, нетрудно вычислить изме-
нение испарения £/„с, которое, как правило, в среднем получается
со знаком минус, т. е. регулирование стока в бассейне приводит
к уменьшению испарения па нижележащих участках поймы
и в дельте.
На рис. 3.7 и 3.8 приведены полученные автором совместно
с В. П. Кожевниковым зависимости вида (3.11) и (3.12) для
80
участков р. Волги ниже Волгоградского водохранилища — Волго-
Ахтубинской поймы и дельты реки за период с 1936 по 1970 г.
Рис. 3.7. Зависимость £Пб/(77, со)=4’(7'3) для Волго-Ахтубинской
поймы (а) и центральной дельты р. Волги (б).
1 — 1936—1950 гг., 2 — 1951—1960 гг., 3 — 1961—1970 гг.
Следует отметить, что для р. Волги и других перечисленных
выше бассейнов величина £/по по абсолютному значению может
составлять весьма значительную долю от U3 и даже превышать
последнюю.
Рис. 3.8. Зависимость 7'3=4’(Расе) для Волго-Ахтубинской
поймы (а) и центральной дельты р. Волги (б).
При сооружении водохранилищ в бассейне сток в замыкающем
створе уменьшается также за счет аккумуляции воды в чаше водо-
хранилища П7ак и пополнения запасов подземных вод Frnj
W = Гак + Гпв = гак 4- Г лв + Гбв. (3.13)
При этом суммарные водные ресурсы в бассейне за счет W не
уменьшаются, происходит лишь их перераспределение и переход
одного вида водных ресурсов в другой. Определение Гак це пред-
6 Заказ № 159
81
ставляет труда при наличии водных балансов водохранилищ. Ве-
личина Гпв складывается из затрат воды на насыщение зоны
аэрации ложа водохранилища 1ГЛв и объемов воды, поступающей
в берега КФв. Величина 1ГЛЕ определяется в км3 для каждого во-
дохранилища по соотношению
Г.1в = Г3//л.ил • 10-3, (3.14)
где Нл — средняя мощность зоны аэрации ложа водохранилища до
его сооружения, м; определяется для каждого водохранилища по
крупномасштабным гидрогеологическим картам; рл— недостаток
насыщения грунта (коэффициент водоотдачи), принимается в за-
висимости от характеристики грунтов зоны аэрации.
Насыщение зоны аэрации происходит, как правило, в первые
10—20 сут после заполнения ложа водохранилища.
Гораздо сложнее определение объемов воды, формирующих
искусственные запасы подземных вод в районах, прилегающих
к водохранилищам И7бВ- Пополнение запасов подземных вод для
различных водохранилищ может происходить в течение многих лет
после их заполнения и представляет собой весьма существенные
значения, которые следует учитывать при комплексной оценке
влияния водохранилищ па сток рек. Например, по данным
ВСЕГИНГЕО, подъем грунтовых вод в зоне Куйбышевского во-
дохранилища происходил с 1955 г. (начало заполнения) по 1964 г.
и распространился в зоне шириной до 20 км, что хорошо иллюстри-
руется данными, приведенными па рис. 3.9, где показана динамика
уровня и пополнения запасов грунтовых вод по годам по одному
из разрезов центральной части Куйбышевского водохранилища.
При наличии детальных гидрогеологических данных й7бв для
каждого водохранилища определяется по методическим указаниям
ВСЕГИНГЕО [187], которые позволяют рассчитывать искусствен-
ные запасы подземных вод, а также изменение эксплуатационных
ресурсов и запасов подземных вод в результате руслового регули-
рования.
Для крупных равнинных водохранилищ 1Гои (в км3) можно
ориентировочно оценить по следующей эмпирической формуле, по-
лученной в ГГИ автором совместно с Г. М. Веретенниковой [298]:
Гбв« 0,5Кп117общрбН?;0, (3.15)
где Иа — средняя глубина залегания уровня грунтовых вод па тер-
риториях, прилегающих к водохранилищу до его сооружения, м;
ре — коэффициент водоотдачи грунтов па прилегающих террито-
риях; ГоСщ — полный объем водохранилища, км3; К»— коэффи-
циент наполнения водохранилища
Кн = Гак/Гобщ, (3|6>
показывающий степень наполнения водохранилища за рассматри-
ваемый период; если уровень водохранилища постоянно равен
НПУ, то Кц=1, для водохранилищ суточного и недельного регу-
82
лирования Кп=1, для водохранилищ сезонного
Кн=0,704-0,90; для водохранилищ многолетнего
регулирования
регулирования
Лн« 0,504-0,70.
Расстояние от водохранилища, м
Рис. 3.9. а —формирование уровня грунтовых вод в районе Куйбышевского
водохранилища; б — осредненные приближенные данные по динамике напол-
нения запасов грунтовых вод в районах волжских водохранилищ (в % от
общих запасов при установившемся режиме уровня).
В расчетах принимается, что поступление воды в берега из
больших равнинных водохранилищ происходит в течение 8 лет
после их наполнения; при этом в первый год поступает 30%, во
G*
83
второй — 20 % и в последующие—15, 10, 8, 6, 5 и 4 % от суммар-
ной величины (рис. 3.9 6).
Изложенная выше детальная методика оценки влияния водо-
хранилищ на речной сток использована в ГГИ для расчетов при-
менительно к Волжско-Камскому и Днепровскому каскадам водо-
хранилищ, а также в КазНИИ для Капчагайского водохранилища,
полученные результаты приведены в работах [18, 298]. Основные
Рис. 3.10. Динамика потерь воды на
испарение с зон затопления Волжско-
Камского (/) и Днепровского (2) ка-
скадов водохранилищ.
3 — потери за год, 4 — за теплый сезон,
5 — за холодный сезон.
характеристики водохранилищ Волжско-Камского и Днепровского
каскадов и потери стока за счет испарения с их поверхности U3,
осредненные за единые многолетние и сравнимые между собой
периоды представлены в табл. 3.3. На рис. 3.10 показаны суммар-
ные по каскадам за каждый год, теплый и холодный сезоны по-
тери U3 км3 за периоды с 1959 г., когда практически действовали
все водохранилища (кроме Киевского на р. Днепре и Саратовского
на р. Волге, которые вступили в строй в 1967—1968 гг.). Согласно
приведенным данным, слой годовых потерь с водохранилищ имеет
ярко выраженный зональный характер и изменяется для бассейна
р. Волги от 90—100 мм для северных водохранилищ до 350—
400 мм для водохранилищ, расположенных в зоне недостаточного
увлажнения, для бассейна р. Днепра — соответственно от 240 до
400—450 мм. Суммарный объем дополнительных потерь на испаре-
ние с крупных водохранилищ составляет для р. Волги 3,7 км3/год,
для р. Днепра 2,3 км3/год, или соответственно 1,5 и 4,3 % нормы
годового стока.
При анализе 'значений, приведенных на рис. 3.10, обращает на
себя внимание их большая изменчивость во времени, составляю-
щая для бассейна р. Волги Сги3=0,45 и для бассейна р. Днепра
Сги3=0,35. Для отдельных водохранилищ эти значения, есте-
84
Таблица 3.3
Характеристики водохранилищ Волжско-Камского и Днепровского каскадов и потерь стока за счет испарения
с их водной поверхности (средние за многолетний период)
Водохранилище ^нпу км~ Fb км’ Гз км2 СП £ |Ь, х II с СО и II СО Потерн стока
теплый период U км3 холодный период U км3 Год
t/3 км3 г U мм
Волжско-Камский каскад
Иваньковское 327 273 235 0,87 0,26 0,056 —0,029 0,027 100
Угличское 250 226 186 0,90 0,82 0,058 —0,029 0,029 140
Рыбинское 4 580 4 030 4 030 0,88 1,00 1,16 —0,46 0,70 130
Горьковское 1 570 1 570 1 220 1,00 0,78 0,43 —0,18 0,25 220
Камское 1 920 1 540 1 320 0,81 0,85 0,35 —0,19 0,16 120
Вяткинское 1 120 900 650 0,80 0,72 0,16 —0,10 0,06 90
Куйбышевское 6 450 5 490 4010 0,85 0,73 1,62 —0,41 1,21 290
Саратовское 1 830 1 830 1 250 1,00 0,69 (0,52) (-0,08) (0,44) (350)
Волгоградское 3 120 ЗОЮ 2 070 0,96 0,69 1,06 —0,21 0,85 410
Волжско-Камский каскад 21 160 18 870 14 970 0,89 0,79 5,41 —1,69 3,72 —
Днепровский каскад
Киевское 922 871 814 0,94 0,93 0,27 —0,07 0,20 240
Каневскос 675 (620) (560) (0,92) (0,90) (0,21) (—0,04) (0,17) (300)
Кременчугское 2250 1940 1794 0,86 0,92 0,86 —0,16 0,70 330
Днепродзержинское 567 554 482 0,98 0,87 0,22 -0,05 0,17 350
Днепровское 410 376 294 0,92 0,78 0,16 —0,04 0,12 390
Каховское 2150 2134 1940 0,99 0,90 1,04 —0,14 0,90 460
оо Днепровский каскад 6974 6995 5884 0,93 0,90 2,76 —0,50 2,26 •
ственно, еще больше; например, для Рыбинского 0,70, Куйбышев-
ского и Днепровского 0,40, Каховского 0,36.
В бассейне р. Волги максимальные значения потерь за год и за
теплый период отмечались в 1972 г. и составили соответственно
7,4 км3 (3 % годового стока реки у г. Волгограда) и 8,5 км3
(4,7 % стока за теплый период в этом же створе). В бассейне
р. Днепра самые большие потери были в 1975 г., когда отмечалась
средняя водность года и наблюдалось очень сухое и жаркое лето;
в этот год суммарные дополнительные потери воды на испарение
по каскаду составили 3,72 км3, или 9,1 % годового стока реки.
В зимний период водохранилища несколько увеличивают сток
рек (максимум па 2,0—2,1 км3 для р. Волги и на 1,0—1,1 км3 для
р. Днепра) (рис. 3.10). Таким образом, принимать постоянными
потери на испарение с водохранилищ за каждый год, как это
обычно делается проектными организациями в водохозяйственных
расчетах, не правомерно как для отдельных водохранилищ, так
и для больших бассейнов в целом.
Упрощенная схема расчета. Очевидно, что детальная методика
расчета ввиду отсутствия значительной части необходимых исход-
ных данных и большой трудоемкости вычислений не может быть
применена для всех водосборов. Поэтому в ГГИ на основании ана-
лиза полученных результатов расчета для каскада волжских и
днепровских водохранилищ разработана упрощенная схема
расчета, базирующаяся на использовании имеющихся для каждого
водохранилища проектных данных, обобщенных гидрометеороло-
гических и гидрогеологических материалов и карт изолиний.
Расчеты по упрощенной схеме выполняются не за каждый кон-
кретный год, а в среднем не менее чем за пяти-десятилетние пе-
риоды, что дает возможность значительно сократить объем необхо-
димых исходных данных и упростить вычисления.
Потери с зон затопления определяются по формуле (3.4), од-
нако для расчета слоя U3 вместо формулы (3.5) применяется
выражение
(3.17)
которое нетрудно получить из уравнения (3.5) при осреднении эле-
ментов за многолетние периоды [298]. В формуле (3.17) Еп и Ес —
норма испарения соответственно с водной поверхности и суши для
района расположения водохранилищ, которая определяется по
•соответствующим картам или формулам [235, 262]; указанные зна-
чения можно также непосредственно определить по существующим
картам, опубликованным, в частности, в работе [194].
Средняя площадь затопления /г3 рассчитывается приближенно
в зависимости от типа водохранилищ и проектной площади вод-
ного зеркала при НПУ Типу с введением коэффициентов:
F3 — КпКзЕнпу, Кп = ^в/Гнпу, Кз = F3/Fa. (3.18)
86
Значение коэффициента Кп определяется отношением фактиче-
ской за период осреднения площади водного зеркала к площади
водохранилища при НПУ и зависит, очевидно, от характера регу-
лирования стока (суточное, недельное, сезонное, многолетнее) и
вида кривой зависимости площади водохранилища от уровня. Для
большей части горных водохранилищ сезонного регулирования
и равнинных суточного и недельного регулирования Кп« 1- Для
равнинных водохранилищ сезонного регулирования Кп=0,80-т-0,90.
В среднем для девяти водохранилищ Волжско-Камского каскада
за многолетний период Кп=0,89, для Днепровского Кп=0,93
(см. табл. 3.2).
Значение коэффициента К3 определяется отношением площадей
затопления и водного зеркала водохранилища и зависит в основ-
ном от вида водохранилища (речное, долинное, озерное) и от ам-
плитуды колебания уровней воды в реке в естественных условиях.
Для озерных водохранилищ на крупных равнинных реках (типа
Рыбинского) К3 = 0,90ч-1,0; для озерно-долинных (типа Иваньков-
ского, Камского) А3 = 0,80-4-0,90; для долинно-русловых (типа Куй-
бышевского) К3 = 0,70-4-0,80 и для русловых (типа Саратовского
и Волгоградского) К3 = 0,65-4-0,70; в среднем для водохранилищ.
Волжско-Камского каскада /С3~0,80, для водохранилищ Днепров-
ского каскада К3 = 0,90 (табл. 3.2).
При отсутствии сведений о площадях подтопления потери t/3ir
ввиду их малости могут быть приняты ориентировочно равными
4—Ю о/о от величины U3 для равнинных водохранилищ; для гор-
ных водохранилищ U3n = Q.
Величины UU6 играют важную роль при оценке влияния хозяй-
ственной деятельности на сток и водный баланс таких рек, в ниж-
них течениях которых в естественных условиях имели место зна-
чительные потери стока на непродуктивное испарение (это, на-
пример, реки Волга, Урал, Кубань, Терек, Кура, Сырдарья,.
Амударья и Или). Для расчета UuG в пределах указанных речных
бассейнов прежде всего необходимо знать естественные потерн
стока при разливах в поймах рек и в дельтах в условиях различ-
ной водности. Это самостоятельная задача, требующая постановки
специальных научных исследований. Для всех перечисленных выше
водосборов такие исследования, правда, с разной степенью деталь-
ности и надежности полученных результатов, выполнены в ГГИ,.
а также в некоторых других организациях [18, 203, 251, 279, 293].
Результаты этих исследований могут быть использованы для ори-
ентировочных оценок величин для указанных рек.
Уменьшение стока реки в замыкающем створе за счет аккуму-
ляции воды в чаше водохранилища в период его наполнения IFaK
для действующих водохранилищ наиболее надежно определяется
по материалам водных балансов. При расчетах па перспективу,
а также при отсутствии данных по водным балансам 117ак рассчи-
тывается приближенно в зависимости от общего объема водохра-
нилища при НПУ 1ГОбщ с учетом коэффициента наполнения водо-
хранилищ Кн (3.16). В периоды после наполнения водохранилищ
87
-•величина lFaK в среднем за многолетний период принимается рав-
ной нулю. Единовременные потери воды на испарение ложа водо-
хранилищ 1Гвл рассчитываются по формуле (3.14), в которой вели-
чины Нл и |1л определяются приближенно по гидрогеологическим
материалам. Величина 1ГбВ определяется приближенно по формуле
(3.15).
Приближенная схема расчета была использована в ГГИ для
оценки и прогноза влияния водохранилищ на годовой сток всех
основных рек СССР. Результаты приведены в работе [297], часть
этих материалов для бассейнов рек Волги и Днепра представлена
в табл. 3.4; эти данные включают в себя влияние не только круп-
ных водохранилищ каскадов, но и всех находящихся в бассейнах
малых водохранилищ и прудов. Дополнительные потери на испа-
рение (U3+U3n) в бассейнах постоянно увеличиваются в связи
с ростом числа малых водохранилищ и прудов. Наибольшее зна-
чение аккумуляции 117 имело место в период наполнения наиболее
крупных водохранилищ (1956—1960 гг.); в эти годы уменьшение
годового стока рассматриваемых рек в замыкающих створах было
наиболее значительным и составляло 9,0 % Для р. Волги и 16,6 %
.для р. Днепра. В современных условиях и на перспективу ввиду
того, что основное гидротехническое строительство в бассейнах
рек Волги и Днепра завершено, суммарное влияние водохранилищ
на годовой сток заметно уменьшается и определяется главным об-
разом дополнительными потерями воды на испарение.
Анализируя потери стока на дополнительное испарение с водо-
хранилищ (в частности для бассейнов рек Волги и Днепра), по-
лученные ГГИ, и сравнивая их с данными других авторов, в том
числе применяемых проектными организациями при расчетах во-
дохозяйственных балансов, отметим, что различия довольно ве-
лики. По мнению автора, они прежде всего обусловлены недостат-
ками применяемых ранее схем расчета и неполнотой использован-
ных материалов:
— в расчетах не использовалась в полной мере информация по
месячным и годовым водным балансам всех крупных водо-
хранилищ, которые являются наиболее полной характери-
стикой их гидрологического режима;
— расчеты потерь, как правило, производились с полной пло-
щади водного зеркала, в то время как правильнее вести рас-
четы по отношению к дополнительной площади затопления;
для водохранилищ долинного и руслового типа разница
между этими площадями может быть весьма существенной;
всеми исследователями объемы потерь подсчитывались, ис-
ходя из постоянной площади водного зеркала при НПУ,
хотя правильнее ориентироваться на фактическую площадь
водной поверхности, которая зависит от степени наполнения
водохранилища;
в расчетах обычно не учитывалось, что водохранилища
в зимний период повышают сток за счет того, что выпадаю-
88
Таблица 3.4
00
ср
Уменьшение стока рек Волги и Днепра под влиянием водохранилищ и прудов, км3/год
Годы
1951 — 1955 1956-1960 1961 — 1965 1966-1970 1971-1975 1976-1980 1981-1985 1986-1990 1991-2000
Бассейн р. Волги 1
Водохранилища Волжско-Камского каскада
и* 0,9 2,0 2,9 3,7 4,6 2,6 4,3 4,3 ’ 4,3
U зп 0,0 о,з 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6
U нб 0,0 -1,2 — 1,4 -1,4 —1,4 —1,4 —1,5 —1,5 —1,5
ак -1,6 16,5 4,1 -0,7 —4,3 8,0 2,2 0,2 0,0
0,7 2,1 0,2 0,1 0,0 0,4 0,4 0,0 0,0
117 бв Водохранилища с 1^плз>50 млн. км3 1,0 3,1 0,4 0,6 0,0 0,5 0,5 0,0 0,0
и 0,0 0,0 0,2 0,2 *' 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3
П7 0,2 0,3 0,3 0,4 0,3 0,1 0,7 0,3 1,7
Водохранилища с 1Гплз<50 млн. км3
U+W 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,5
Итого 1,6 23,6 7,7 4,2 0,8 12,0 8,5 5,3 6,9
Бассейн р. Днепра
Водохранилища Днепровского кас-
када
Uзп 0,12 0,98 1,90 1,92 2,73 2,43 2,43 2,43 2,43
17 * 1,69 7,00 2,63 1,85 1,14 0,90 0,90 0,90 0,90
Малые водохранилища и пруды
U+W 0,35 0,67 0,67 0,76 1,05 1,74 1,30 1,30 1,40
11того 2,16 8,65 5,20 4,53 4,93 5,07 4,63 4,63 4,73
* Учтена величина односторонней фильтрации в С jepera из Каховского водохранилища.
Примечай и е. За периоды с 1981 г. расчеты выполнены для средних метеорологических условий.
щие в это время осадки на водное зеркало переходят в сток
с коэффициентом стока, близким единице;
— выполненные расчеты не позволяли получать потери за
каждый календарный год, что очень важно для оценки их
изменчивости за многолетний период и для восстановления
естественных характеристик стока на гидростворах.
К этому следует добавить, что учет дополнительных потерь на
испарение не охватывает всего комплекса влияния сооружения и
эксплуатации водохранилищ на суммарный сток в замыкающем
створе.
3.4. Влияние прудов и малых водохранилищ
на водный режим
Во многих районах земного шара, кроме крупных водохрани-
лищ, построенных иа больших, средних и малых реках, а также
на временных водотоках, сооружается огромное количество малых
водохранилищ и прудов *, предназначенных для аккумуляции ме-
стного стока в период половодий и паводков и использования его
в течение межени на различные хозяйственные нужды.
Имея небольшую площадь водного зеркала и объемы, малые
водохранилища и пруды тем не менее могут оказывать заметное
влияние на режим стока малых и средних рек в районах недоста-
точного увлажнения, где водность рек невелика, а прудов и малых
водохранилищ сооружается великое множество. Например, по
данным областных управлений земельного учета в областях, рас-
положенных в зоне переменного и недостаточного увлажнения бас-
сейна р. Волги (Тульская, Орловская, Пензенская, Саратовская,
Куйбышевская, Оренбургская), ежегодно сооружается несколько
тысяч временных прудов, суммарная площадь водного зеркала
которых составляет 0,2—1,0 % общей площади об частей [236]; по
ориентировочным оценкам всего в бассейне р. Волги насчитыва-
ется более 40 тыс. малых водохранилищ и прудов; немного меньше
их в бассейне р. Днепра. Надежный учет прудов в бассейнах рек
и административных районах весьма затруднен ввиду того, что
значительная часть их сооружается стихийно, внеплановым строи-
тельством, и подвержена частым разрушениям после прохождения
паводков. Тем не менее данные погодичного учета числа прудов
и их общей площади водной поверхности, а иногда и объема име-
ются в управлениях водного хозяйства многих областей нашей
страны, что дает реальные основы для оценки влияния прудов и
малых водохранилищ на режим речного стока в различных фи-
зико-географических условиях.
Для оценки влияния отдельных прудов и малых водохранилищ
на сток, что может иметь смысл для очень небольших водосборов,
применяется изложенная в п. 3.3 упрощенная схема расчета. Од-
нако чаще всего оценивается влияние на режим стока одновре-
.... * К прудам условно относят водоемы объемом менее 1 мли. м3, не имею-
щие капитальных водосбросных сооружений.
90
менно всех находящихся в бассейне прудов и водохранилищ по<
их суммарной площади водного зеркала или суммарному объему
наполнения. При этом коэффициент изменения годового или ве-
сеннего стока под влиянием прудов и малых водохранилищ рас-
считывается по формуле
Rnp — I —
^пр
Рнаб Н~ ’
(3.19)>
где ивр — потери стока за счет искусственных водоемов; QHa6 —
наблюдаемый сток в замыкающем створе.
Для определения влияния прудов и водохранилищ на годовой
и весенний сток UBp используются два способа.
По первому способу оценка производится по выражениям:
ппр = (ев -е'с)хр
пр>
ИЛИ
ubp = (eb-p' + Ус)Е^пр,
(3.20)'
где Ев и Ес — слой испарения соответственно с водной поверхно-
сти и с суши; Р' — слой осадков; Ус — слой стока с участков во-
досборов, занятых искусственными водоемами. За многолетние-
периоды указанные величины определяются по картам изолиний,,
за отдельные годы оцениваются по существующим формулам или
по методу аналогии с использованием данных по ближайшим ме-
теостанциям и гидростворам. Суммарная площадь прудов в бас-
сейне X Fnp принимается по данным учета, имеющимся обычно'
в облводхозах, или по материалам специальных обследований.
Второй способ предусматривает учет влияния малых искусст-
венных водоемов на сток по величинам их наполнения:
Unp = X ГИПу - X №умо, (3.21).
или
Упр - КсР X IV'np, (3.22)'
где №нпу> У, 1^умо — соответственно суммарный объем в водохра-
нилищах и прудах при нормальном наполнении и при уровнях
мертвого объема; У. !Fnp— суммарный объем воды в водоемах;
Лер — коэффициент сработки, показывающий, какая часть полного
объема водоема срабатывается в течение года; Дер имеют следую-
щие приближенные значения: лесостепная зона — 0,4—0,5; степ-
ная зона ЕЧС — 0,6—0,8; сухие степи Заволжья и Казахстана —
0,8—1,0. Таким образом, указанный способ оценки исходит из
предположения, что большая часть или даже вся емкость прудов
и малых водохранилищ расходуется в течение года на испарение
и хозяйственные нужды.
Результаты оценок по обоим способам далеко не равнозначны.
Первый способ дает только дополнительные потери на испарение
с прудов и водохранилищ как искусственных объектов ландшафта;
91
при этом не учитывается объем первоначального наполнения, т. е.
по первому способу обычно получают несколько заниженное зна-
чение влияния малых искусственных водоемов на годовой сток,
особенно, если в бассейне преобладают не маленькие временные
пруды и копани, а малые водохранилища, имеющие не только по-
лезный, но и мертвый объем.
Второй способ, наоборот, дает в большинстве случаев не-
сколько завышенные результаты, так как в них включаются за
траты воды из водоемов на фильтрацию и на различные хозяй
ственные нужды (сельскохозяйственное водоснабжение, местное
орошение и т.п.), которые могут быть достаточно велики, особенно
в засушливых районах, и оцениваются самостоятельно. Кроме того,
часть прудов и малых водохранилищ используется для выработки
электроэнергии, рыбного хозяйства или рекреации и тогда их
емкость срабатывается в течение года частично или вовсе не сра-
батывается. В отдельные годы второй способ может дать и зани-
женные результаты, когда, например, искусственные водоемы сра-
батываются и наполняются в течение года несколько раз.
Интересное сопоставление результатов расчетов по обоим спо-
собам влияния малых искусственных водоемов на годовой сток рек
выполнено в УкрНИИ Л. Б. Бышовец на примере р. Рось —
с. Круподеренцы (F = 618 км2), где на 1/1 1984 г. насчитывалось
26 прудов и малых водохранилищ суммарной площадью У КПр=
= 10,84 км2 и суммарным объемом 12,83 млн. м3.
Оцененное по первому способу (формула (3.20)) значение по-
терь стока оказалось равным для среднего года С7Пр=1,26 млн. м3
и для очень маловодного года 97 %-ной обеспеченности С7Пр 97% =
= 3,22 мли. м3; коэффициент изменения годового стока,-Определен-
ный по формуле (3.19), соответственно составил: /?Пр = 0.98 и
Кпр 97% =0,88. Значения изменения стока, полученные по второму
способу (3.21) при Кер = 0,5 оказались равными соответственно:
/?пр = 0,90; 1?пр 97% = 0,75.
Таким образом, под влиянием дополнительного испарения
с водной поверхности прудов годовой сток реки уменьшается
в средние по водности годы на 2%, а в очень маловодные годы
на 12 %; оценивая изменения стока по объемам, получаем соот-
ветственно 10 и 25 %. Последние значения значительно завышены,
поскольку в них включены изъятия воды из прудов на различные
хозяйственные нужды, а также имеющие место сбросы из малых
водохранилищ в нижние бьефы; т. е. приведенные значения пока-
зывают влияние на сток реки целого комплекса действующих на
водосборе факторов хозяйственной деятельности.
По мнению автора, следует отдать предпочтение первому спо-
собу, позволяющему достаточно просто и надежно оценить изме-
нение стока рек под влиянием дополнительных потерь на испаре-
ние с малых искусственных водоемов, и рассматривать его как
основной способ при исследованиях влияния хозяйственной дея-
тельности на гидрологический режим. Второй способ может быть
рекомендован при наличии надежных сведений о суммарных объе-
92
мах воды, затраченных на заполнение водоемов в течение года и
водозаборах из них на хозяйственные нужды. Как правило, эти
данные весьма ограничены даже в отношении объемов наполнения.
В последнем случае для получения обобщающих для водосборов и
административных районов характеристик иногда используются
Рпс. 3.11. Зависимость суммарного объема прудов от суммар-
ной площади их водного зеркала и глубины местного базиса
эрозии (Н) для административных районов в бассейне р. Оки до
г. Калуги.
зависимости суммарного объема прудов от их площади водного
зеркала и глубины местного базиса эрозии. Такая зависимость,
полученная для бассейна р. Оки у г. Калуги В. 3. Родионовым
[236], приведена на рис. 3.11.
Влиянию прудов и малых водохранилищ на годовой и весенний
сток малых и средних рек посвящено большое количество работ,
выполненных в нашей стране и за рубежом. Первые капитальные
исследования этой проблемы были выполнены в ГГИ О. Н. Бор-
суком еще в 1957 г. [19] на основании анализа материалов по
более чем 150 речным водосборам европейской части СССР с пло-
щадями от 55 до 54000 км2. Исследования показали, что влияние
прудов па сток малых и средних рек имеет зональный характер
и увеличивается с севера на юг и с запада на восток по мере
93
увеличения засушливости климата, уменьшения водности рек и уве-
личения внутригодовой неравномерности стока, возрастания сте-
пени его хозяйственного использования. В зоне избыточного и до-
статочного увлажнения влияние прудов и малых водохранилищ на
годовой сток рек практически не сказывается и обычно не превы-
шает 1 %. В южной полосе европейской части СССР уменьшение
годового стока рек становится заметнее и достигает 10—15 %,
в маловодные годы — 20—30 %. По данным Борсука, годовой сток
рек больше всего изменен в Причерноморской низменности (50—
60%), в степях Северного Кавказа (60—70 %) и Прикаспийской
низменности, где в исключительно засушливые годы сток некото-
рых рек целиком задерживается и расходуется в искусственных
водоемах.
Приведенные общие выводы в целом остаются справедливыми
и до настоящего времени и подтверждаются более поздними ис-
следованиями различных авторов с некоторыми уточнениями по
отдельным регионам. Следует при этом отметить, что оценки Бор-
сука включают в себя не только влияние дополнительного испаре-
ния, ио и заборы воды на хозяйственные нужды и потому для
южных сухих районов являются существенно завышенными. Об
этом свидетельствуют результаты более поздних исследований, вы-
полненных для южных и юго-восточных районов европейской части
СССР (Украины и Молдавии), лесостепной и степной зоны бас-
сейна р. Волги. Так, по данным Э. И. Царенко [281], потери на
испарение с прудов и водохранилищ для средних по водности лет
составляют всего 3 % годового стока для северных и средних
районов Украины и 3—8 % для южных, в отдельных бассейнах
они достигают 16—23 % нормы стока. В маловодные годы
90 %-пой обеспеченности потери на испарение с прудов составляют
соответственно 10—16 и 16—32 %, а в отдельных случаях превы-
шают 60 % годового стока.
Аналогичные выводы по влиянию дополнительного испарения
с малых искусственных водоемов на сток рек в отдельных районах
Украины и Молдавии были получены позднее П. Ф. Вишневским
57], В. А. Ичеткиным [122], С. Е. Кутовым и Б. В. Апостоловым
158], И. С. Шпаком [307], А. А. Светличным и Н. В. Лалыкппым
161], И. А. Запольским и О. 3. Ривера [106]. Л. Г. Онуфриенко
213] получил более значительное снижение годового стока рек
Украины под влиянием регулирования (до 20—25 % в средние
годы), оп рассчитывал уменьшение не по дополнительному испа-
рению, а по объему заполнения прудов и водохранилищ, т. е. в зна-
чения уменьшения стока включал и потери воды на местное оро-
шение, водоснабжение и другие хозяйственные нужды.
Наиболее полные выводы об изменениях годового стока малых
рек Украины под влиянием испарения с прудов и водохранилищ
и объемов весеннего стока за счет заполнения полезной емкости
искусственных водоемов получены в [47] (табл. (3.5)). Согласно
этим данным в средние годы уменьшение годового стока малых
рек Украины находится в пределах 0—10%, весеннего 2—20%,
94
Таблица 3.5
Коэффициенты уменьшения годового и весеннего
стока малых рек Украины под влиянием прудов
и водохранилищ
|Реки бассейнов Средний по водности год Маловодный (97 %) год
Верхнего Днепра 1,0—0,98 0,98—0,95 0,98—0,93 0,95—0,80
Среднего Днепра 0,98—0,95 0,95—0,90 0,95—0,85 0,90—0,70
Нижнего Днепра 0,95—0,90 0,90—0,80 0,80—0,60 0,70—0,40
Южного Буга 0,98—0,95 0,90—0,80 0,90—0,80 0,80—0,50
Северного Донца 0,95—0,90 0,85—0,70 0,90—0,70 0,80—0,50
Днестра 1,0—0,99 0,95—0,90 0,98—0,95 0,90—0,80
Приазовья 0,95—0,90 0,95—0,80 0,80—0,60 0,70—0,40
В числителе — годовой сток, в
сток.
Примечание,
знаменателе — весенний
в исключительно маловодные годы (97 %-ной обеспеченности)
уменьшение стока составляет соответственно 2—40 и 5—60 %.
Наличие в пределах речных водосборов больших естественных
и искусственных водоемов благодаря их регулирующей емкости
способствует, как известно, сглаживанию многолетних колебаний
годового стока и уменьшению коэффициента вариации. Однако это
положение никак нельзя отнести к прудам и малым водохрани-
лищам, особенно в районах недостаточного увлажнения, которые,
не обладая регулирующей способностью, практически оставляют
без изменений сток в многоводные годы и резко уменьшают в ма-
ловодные, увеличивая тем самым многолетнюю изменчивость и
коэффициенты вариации годового и весеннего стока. Это доста-
точно убедительно показано в работе Е. Д. Гопченко и Н. С. Ло-
боды [87], посвященной влиянию прудов и водохранилищ на ха-
рактеристики годового стока рек Причерноморской низменности.
По данным этих авторов, уменьшение нормы стока указанных рек
за счет дополнительных потерь па испарение с прудов и водохра-
нилищ составляет в среднем 5—6 % от естественного стока. Умень-
шение стока происходит в основном в маловодные годы, в много-
водные годы уменьшение незначительно. Вместе с тем одновре-
95
менное изменение всех параметров статистического распределения
приводит к тому, что годовой сток в маловодные годы (обеспечен-
ностью >50 %) уменьшается по сравнению с естественными усло-
виями на 20—70 % п более. В табл. 3.6 представлены [87] стати-
стические параметры и расчетные характеристики годового стока
р. Ипгул при разной относительной площади /пр % прудов и во-
дохранилищ в бассейне, полученные методом статистического мо-
делирования.
Таблица 3.6
Статистические параметры и расчетные характеристики годового стока
(р. Ингул— г. Новогорожено, 5=6670 км2) при разной площади прудов
в бассейне
SFnp ^пр F /0 У мм Cv Cs Слой годового стока (мм) обеспеченностью Р %
1 5 25 50 75 95
0,0 45,6 0,68 0,84 150 112 64 37 20 11
0,5 43,3 0,71 0,83 144 108 60 35 17 7
2,0 36,4 0,83 0,82 130 98 54 30 16 0
3,0 32,2 0,91 0,86 123 90 49 26 10 0
5,0 28,8 1,08 1,00 НО 79 43 20 0 0
Таким образом, с увеличением площадей прудов и малых водо-
хранилищ в бассейнах рек районов недостаточного увлажнения из-
меняются не только средние многолетние значения стока, но и
в значительной степени коэффициенты вариации и асимметрии,
поэтому при водохозяйственном проектировании в этих районах
использование статистических параметров, полученных для рядов
естественного стока, не является правомерным. Для других райо-
нов недостаточного увлажнения данные о влиянии малых искус-
ственных водоемов на годовой сток рек близки к данным, получен-
ным для рек Украины. Об этом свидетельствуют, в частности,
выводы работ [157, 236, 250] по исследованию данной проблемы:
в Центрально-Черноземных областях, а также в лесостепной и
степной зонах бассейна р. Волги регулирование местного стока
рассматривается как основа комплекса водохозяйственных меро-
приятий, проводимых с целью повышения урожайности и борьбы
с эрозией.
В работе [236], выполненной в ГГИ В. 3. Родионовым, исполь-
зуются (для контроля) оба изложенных выше способа оценки
влияния малых искусственных водоемов на речной сток. Исследо-
вания показали, что антропогенные изменения стока малых и
средних рек в рассматриваемом регионе увеличиваются с северо-
запада на северо-восток по мере уменьшения водоносности рек и
увеличения степени их водохозяйственного использования. Для
рек, расположенных в зоне достаточного и переменного увлажне-
ния, уменьшение годового стока в средний по водности год со-
96
ставляет соответственно 3 и 6 %, а в засушливых районах За-
волжья 24 и 41 %. В перспективе в связи с намечаемым повсеме-
стно массовым строительством прудов и малых водохранилищ из-
менение стока рек будет еще более значительным, особенно в за-
сушливых районах.
Н. М. Курганова [156], исследуя влияние малых водохранилищ
на сток рек Белоруссии показала, что уменьшение стока в общем
незначительно и зависит от географического положения и общей
площади водного зеркала искусственных водоемов. На севере Бе-
лоруссии уменьшение нормы годового стока рек на каждый про-
цент площади водосбора, занятой водной поверхностью искусст-
венных водоемов, составляет 0,3—0,4 %, на юге— 1 %. На карте
изолиниями показано удельное уменьшение нормы стока в про-
центах на каждый процент дополнительной площади водного зер-
кала прудов и водохранилищ, находящихся на водосборе. При
общей площади водного зеркала водохранилищ и прудов, состав-
ляющей менее 5 % площади водосбора, дополнительное испарение
практически не сказывается на годовом стоке рек [41]. Приведен-
ные значения изменений стока относились к малым и средним ре-
кам, водные ресурсы которых формируются в одной физико-геогра-
фической зоне. Влияние прудов и малых водохранилищ на режим
стока больших речных водосборов незначительно. Так, по данным
табл. 3.4 уменьшение годового стока р. Волги за счет прудов и
водохранилищ объемом менее 50 млн. м3 составляет в настоящее
время 1,1 км3/год, р. Днепра—1,30 км3/год, или соответственно
0,4 и 2,5 % нормы годового стока; при этом на долю прудов и
самых малых водохранилищ приходится около половины приве-
денных значений. Для р. Днестра, по данным работы [290], испа-
рение с прудов и водохранилищ составляет па 1985 г. 0,18 км3/год,
или 1,9 % годового стока.
Влияние прудов и малых водохранилищ па меженный сток рек
весьма сложно и многообразно. Малые искусственные водоемы не
предназначены для регулирования стока, тем не менее, способст-
вуя фильтрации и пополнению подземных вод, они могут благо-
творно сказываться на гидрологическом режиме малых рек, повы-
шая их меженные и минимальные расходы. Возможные попуски
из малых водохранилищ в лимитирующие периоды года также спо-
собствуют увеличению меженного стока. Кроме того, в период
летне-осенних паводков возможно неоднократное наполнение ем-
костей искусственных водоемов и полная осенняя сработка прудов
рыбохозяйственного назначения, а также частичное зимнее напол-
нение и весенняя сработка. Все это должно способствовать увели-
чению меженного стока и минимальных расходов воды малых и
средних рек. В то же время в летний меженный период резко увели-
чиваются потерн стока па испарение с прудов и водохранилищ, что
в общем должно уменьшать меженный сток рек. При таком мно-
гообразии физического воздействия малых искусственных водоемов
на меженный сток, оказывается, что изменения стока могут быть
весьма различными в разные годы и для разных водосборов. В целом
7 Заказ №» 159
97
большинство исследователей считают, что за многолетие сток ме-
женного периода под влиянием прудов и малых водохранилищ уве-
личивается. При этом степень его изменения, так же как и годо-
вого и весеннего стока, возрастает по мере увеличения засушливо-
сти климата и уменьшения водности года. К такому выводу при-
шли, в частности, Л. Б. Бышовец [47] для Украины^! Л. Г. Курдов
[157] для Центрально-Черноземных областей. В районах овражно-
балочной сети Воронежской области сооружение прудов благо-
творно сказывается на режиме рек — меженные расходы заметно
повышаются при одновременном уменьшении весеннего и годового
стока.
Практически весьма важно определить влияние прудов и ма-
лых водохранилищ на максимальные расходы воды и, в частности,
на расчетные максимумы редкой повторяемости. Можно полагать,
что уменьшая объемы весеннего половодья и дождевых паводков,
малые искусственные водоемы способствуют некоторому снижению
максимальных расходов воды малых рек, что в общем-то нетрудно
обнаружить путем анализа объемов аккумуляции воды в прудах и
водохранилищах и материалов наблюдений за стоком на гидро-
метрических створах. Однако это не может служить основанием
введения (как это иногда рекомендуют делать некоторые авторы)
уменьшающих поправок за счет прудов и малых водохранилищ
в расчетные максимальные расходы редкой повторяемости, форми-
рующиеся при особо благоприятном сочетании основных стокооб-
разующих факторов. Пруды и малые водохранилища, по мнению
автора, не могут заметно уменьшить максимумы редкой повторяе-
мости, а в отдельных случаях даже способствуют их увеличению,
например, за счет некоторого уменьшения руслового времени до-
бегания и прорыва значительной части временных искусственных
сооружении в бассейне во время прохождения катастрофических
паводков.
Исследования зарубежных авторов но влиянию прудов и малых
водохранилищ на сток рек подтверждают выводы советских гид-
рологов о зональном характере изменения годового стока рек и
о главной роли полезного объема и водности года в степени изме-
нения сезонного стока и меженных расходов воды. По данным
Д. А. Псчинова [221], пруды и малые водохранилища оказывают
большое влияние па местный сток в Болгарии, особенно в районах,
где густота их значительна, а модули стока низкие. В ряде райо-
нов в маловодные годы происходит практически полная аккумуля-
МССТИ0Г0 стока‘> уменьшение максимальных расходов в среднем
составляет около 10 %.
Глава
Влияние развития сельского хозяйства
на сток рек
4.1. Орошение и его влияние на речной сток
4.1.1. Динамика орошаемых площадей в СССР и в мире
Во многих странах и регионах мира орошение является основ-
ным потребителем воды, главной причиной, обусловливающей в ма-
ловодные годы или периоды дефицит водных ресурсов. Особенно
большое значение имеет развитие орошения в аридных районах,
где в настоящее время проживает большая часть населения земли.
Орошаемое земледелие здесь практикуется многие тысячелетия,
но основные орошаемые площади в мире введены в строй в XX в.
В соответствии с последними обобщениями, выполненными в ГГИ
[302], динамика орошаемых площадей по континентам мира харак-
теризуется данными, представленными в табл. 4.1. В 1800 г. пло-
щадь орошения в мире была 8 млн. га, в 1900 г.— 47 млн. га,
а к 1980 г. выросла до 217 млн. га, т. с. за 80 лет увеличилась бо-
лее чем в 4,5 раза. Почти 60 % современных орошаемых площа-
дей сосредоточено в пяти странах мира: Китае (46 млн. га), США
(24,5 млн. га), СССР (19 млн. га), Пакистане (14 млн. га). Почти
во всех странах мира (развитых и развивающихся), на всех кон-
тинентах современная тенденция развития орошения одинакова —
рост площадей орошения, увеличение гарантированного производ-
ства сельскохозяйственной продукции.
Особенностью развития современного орошения является его
продвижение на север в районы достаточного и даже избыточного
увлажнения, здесь орошение рассматривается как неотъемлемая
Таблица 4.1
Динамика орошаемых площадей в мире, млн. га
Континент Год
1900 1910 1950 1960 1970 i 1975 1980 1990 2000
Европа 2,9 5,1 6,5 9,9 13,8 17,9 24,7 31,1 41,8
Азия 36,1 58,6 72,5 102 118 131 144 183 232
Северная Америка 4,2 6,1 12,7 18,1 25,4 27,2 29,8 33,5 38,0
Южная Америка 1,2 2,2 4,8 5,0 6,2 6,8 7,9 10,1 13,8
Африка 2,8 3,5 0,4 4,0 6,0 7,1 7,7 8,4 12,2 18,5
Австралия и Океа- ния 0 0,7 1,2 1,6 1,6 1,7 2,2 3,3
Мир в целом (округление) 47 76 101 142 173 192 217 272 347
7*
99
часть системы агротехнических мероприятий, позволяющих полу-
ча£ высокие и устойчивые урожаи всех сельскохозяйственна
культур независимо от метеорологических условии. В Ьвропе нет
ни одной страны, где в той или иной мере не было развито оро-
шение: значительные орошаемые площади имеются, например,
в Польше, Великобритании, ФРГ, Голландии. С каждым годом
все большее распространение в северных районах Европы приоб-
ретает так называемое двухстороннее регулирование водного ре-
жима почвы, предусматривающее сочетание в различные периоды
осушения и орошения на мелиорируемых землях.
Развитие орошения засушливых земель прежде всего вытекает
из необходимости обеспечения человечества продуктами питания.
Несмотря на то, что в настоящее время орошается всего немногим
более 15 % всех обрабатываемых площадей мира, продукция
с орошаемых полей составляет более половины всей сельскохозяй-
ственной продукции в стоимостном выражении. В условиях боль-
ших темпов роста населения и острого недостатка продуктов пита-
ния, который испытывают почти две трети жителей планеты, оро-
шению отводится все большая роль в повышении эффективности
земледелия и животноводства. Поэтому и в перспективе (табл. 4.1)
темпы роста орошаемых площадей в мире еще более увеличатся,
главным образом за счет развивающихся стран Азии, Африки, Ла-
тинской Америки, а также стран СЭВ. Значительно более низкие
темпы развития орошения до 2000 г. ожидаются в странах Запад-
ной Европы и США. К 2000 г. в соответствии с прогнозными оцен-
ками и планами, имеющимися во многих странах, площадь ороше-
ния в мире достигнет 350 млн. га или увеличится за 20 лет
в 1,6 раза.
Развитие мелиорации, в частности орошения, особенно большое
значение имеет для нашей страны, которая в целом имеет небла-
гоприятные физико-географические условия для получения высо-
ких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур из-за не-
достаточной влаго- и тсплообсспечепности, больших колебаний
температуры воздуха и осадков. В СССР территории, обеспечен-
ные теплом и влагой, не соответствуют друг другу (табл. 4.2).
Таблица 4.2
Зональное распределение тепла и влаги
по территории СССР, % от всей территории
Зона Занимае- мая пло- щадь, % Рас 1Ц)(! де- ление влаги. % Распреде- ление тепла, %
Избытка влаги и недо- статка тепла 40 82 15
Оптимального соотно- шения тепла и влаги 12 8 20
Избытка тепла и недо- статка влаги 48 10 65
100
Примерно 40 % территории СССР имеют избыток влаги и недо-
статок тепла, здесь сосредоточено 82 % всех ресурсов речного стока
и только 15 % тепла. В то же время почти половина территории
страны имеет достаточное количество тепла (65 % всего тепла,
приходящегося на территорию СССР), по крайне малое количество
влаги (здесь формируется всего 10 % речного стока). И только
совсем небольшая часть (12 %) территории страны обладает доста-
точным теплом и влагой. Указанные крайне неблагоприятные для
ведения сельского хозяйства соотношения в общем характерны
почти для всей территории СССР, тогда как во всех других круп-
ных странах мира они много благоприятнее, чем в СССР.
Представляет интерес, например, сравнить основные агрокли-
матические характеристики обрабатываемых сельскохозяйствен-
ных земель СССР и США, которые сопоставимы по суммарному
производству сельскохозяйственной продукции (табл. 4.3). В США
Таблица 4.3
Обеспеченность осадками и теплом территорий СССР и США
Страна Осадки на по- севные пло- щади, мм j засух Йонах, Вариация урожая зерновых, % Вероятность недобо- ра >15 % урожая зерна из-за засухи, % Площадь оро- шения Площадь территории в теплой зоне, млн. км2
>600 <400 Повторяемое?! в зерновых ра % млн. га % от посевов всего в том числе обеспеченной осадками
СССР 8 45 30 40 25 19,0 9,2 5,9 0,59
США 68 9 12 20 10 24,5 21,5 7,3 6,0
площадь посевов с годовыми осадками более 600 мм составляет
68 %, в СССР — всего 8 %, в то же время площадь с осадками ме-
нее 400 мм (т. е. где необходимо орошение) в СССР составляет
45 %, а в США только 9 %. Хорошо всем известен бич нашего зем-
леделия — часто повторяющиеся засухи; в основных зерносеющих
районах страны их повторяемость составляет 30 %, в США всего
12%; вариация урожая зерновых из-за метеорологических ано-
малий у нас достигает 40 %, в США в 2 раза меньше. Площади
территорий, обеспеченные теплом в достаточной степени для про-
израстания такой высокоурожайной сельскохозяйственной куль-
туры, как кукуруза, составляют в США 7,3 млн. км2 и в СССР
5,9 млн. км2, из них осадками обеспечены в США 6,0 млн. км2,
в СССР более чем в 10 раз меньше (0,59 млн. км2) [118].
Коэффициент потенциальной продуктивности климата, учитыва-
ющий агроклиматические и почвенные условия, в СССР в 2,2 раза
меньше, чем в США и Китае, в 3 раза меньше, чем в Австралии
и более, чем в 4 раза в Индии и Бразилии. При этом имеющиеся
в настоящее время площади орошения в США больше, чем в нашей
101
стране по абсолютной величине и особенно в процентном отноше-
нии (9,2 и 21,5 % всей площади посевов).
Приведенные данные свидетельствуют о большой важности и
объективной необходимости развития орошения в СССР для ре-
шения Продовольственной программы, на что, в частности, было
обращено особое внимание на октябрьском 1984 г. Пленуме
ЦК КПСС, посвященному повышению эффективности и перспекти-
fop млн. га
вам развития мелиорации земель
в нашей стране. В СССР в на-
стоящее время орошаемые пло-
щади занимают примерно 10 %
всех обрабатываемых земель, а
дают 33 % всей продукции расте-
ниеводства в стоимостном выра-
жении.
Динамика развития орошае-
мых площадей в СССР за период
текущего столетия представлена
на рис. 4.1. Наиболее интенсив-
ный прирост орошаемых площа-
дей начался в 60-е годы; наиболее
высокие темпы роста, достигну-
тые в 70-е годы в соответствие с
Рис. 4.1. Динамика орошаемых площа-
дей в СССР за 1900—2000 гг.
/ — СССР в целом, 2— юг ЕЧС, 3—Средняя
Азия и Казахстан, 4—Закавказье, 5—Сибирь
и Дальний Восток.
последними проектными данными, существенно уменьшаются
к концу столетия; с 1980 по 2000 г. ожидается увеличение оро-
шаемых площадей в СССР в 1,3 раза, при этом наибольший рост
предполагается (рис. 4.1), в бассейнах рек Волги, Днепра, Дона,.
Урала, Кубани.
Орошаемое земледелие является основным потребителем воды
на земном шаре. На уровень 1980 г. па долю орошения приходи-
лось 70 % полного и 89 % всего безвозвратного водопотребления
в мире [302], в СССР эти значения составляют соответственно 52
и 72 %. Таким образом, именно за счет орошения происходит
уменьшение годового стока даже больших рек, истощение и дефи-
цит водных ресурсов в пределах крупных природно-экономических
районов. В связи с этим оценка и прогноз изменений стока рек
под влиянием орошения приобретает особенно важное практиче-
ское значение.
102
4.1.2. Влияние орошения на годовой сток рек и водные ресурсы регионов
Орошение и обеспечивающие его инженерно-технические меро-
приятия оказывают наиболее существенное влияние на гидрологи-
ческий цикл и водные ресурсы регионов. Создание крупных оро-
шаемых массивов в аридных районах приводит к частичному из-
менению климата территории и перераспределению во времени и
пространстве многих элементов водного, теплового балансов, про-
дуктивного и непродуктивного испарения, склонового стока, тем-
пературы, влажности и др., которые происходят не только в пре-
делах орошаемого массива, но и па прилегающих территориях. Все
эти процессы в той или иной степени находят отражение в измене-
нии различных характеристик стока рек в замыкающих створах.
Важнейшими с практической точки зрения аспектами влияния оро-
шения на гидрологический режим и водный баланс являются во-
просы изменения суммарного стока рек и засоления орошаемых
земель, интенсивность которых зависит от большого числа есте-
ственных и антропогенных факторов и прежде всего от масштабов
орошаемого земледелия, типов оросительных систем, объемов пол-
ного и безвозвратного водопотребления па нужды орошения, мест-
ных физико-географических условий.
Естественно, что влияние орошения на речной сток будет суще-
ственно различным для малых рек, питающихся в основном поверх-
ностным стоком, и крупных речных систем, дренирующих все кате-
гории подземных вод и имеющих замкнутый водный баланс. Не
в меньшей степени оно зависит от местных физико-географических
особенностей водосборов, а также от типов водообеспечения ороси-
тельных систем, т. е. от того, каким образом и откуда поступает
вода для орошения и куда сбрасываются возвратные воды. Дей-
ствительно, влияние па сток реки в замыкающем створе будет со-
вершенно различным, если орошение производится только за счет
стока данной реки или для этой цели используются водные ресурсы
соседних рек путем межбасссйновых перебросок стока.
Для малых рек в результате орошения возможен полный разбор
воды из русла реки, однако это еще не говорит о полном истощении
водных ресурсов территории, так как большая часть воды в резуль-
тате фильтрации из каналов и в виде возвратных вод с орошаемых
полей поступает па пополнение естественных запасов грунтовых
вод, дренируемых более крупными реками.
Для крупных рек изменение стока после орошения (принимая
неизменными осадки и пренебрегая дополнительными затратами
воды на производство растительной массы) определяется измене-
нном суммарного испарения в бассейне, которое состоит из испа-
рения па орошаемых землях и непродуктивного испарения на при-
легающих территориях. В зависимости от соотношений указанных
значений испарения сток реки после орошения может уменьшиться,
продолжительное время оставаться неизменным, а в отдельные пе-
риоды даже, несколько увеличиваться. Последние два варианта,
хотя и кажутся, на первый взгляд, маловероятными, однако они,
103
как показывают исследования, реально могут существов а
больших водосборах с разнообразными физико-географическими
характеристиками, на которых одновременно с расширением оро-
шаемых площадей осуществляется осушение заболоченных земель,
уничтожение влаголюбивой дикорастущей растительности, умень-
шение разливов рек и сокращение продолжительности затопления
пойменных участков в результате руслового регулирования, уве-
личения водозаборов и перевода части поверхностного стока в под-
земный.
Следует отметить, что в вопросах влияния орошения на годовой
сток крупных рек и водные ресурсы регионов еще 10—15 лет тому
назад среди ученых гидрологов и мелиораторов не было единого
мнения. Дискуссия по этому вопросу была начата в 1955 г.
Л. В. Дуниным-Барковским, который высказал мнение, что раз-
витие орошения не обязательно сопровождается уменьшением реч-
ного стока. В частности, на примере р. Сырдарьи он показал [100],
что несмотря на значительное расширение орошения в этом бас-
сейне, сток реки в замыкающем створе практически не изменяется.
Несколько позднее эти результаты нашли подтверждение в работе
В. И. Кузнецова (1957 г.) [150] и Г. Р. Юнусова (1974 г.) [311],
которые, анализируя динамику стока ряда крупных рек с развитым
орошением (Амударья, Сырдарья, Или), пришли к выводу о не-
изменности нормы стока и даже увеличении в отдельные периоды
средних годовых расходов воды в связи с развитием орошения
в бассейнах. В то же время другие исследователи (Н. Н. Аткар-
ская и И. Я. Шимсльмиц, С. И. Харченко, Т. М. Гсльбух [7, 77,
269] и др.), изучая динамику водопотребления, безвозвратных по-
терь и возвратных вод па орошаемых землях, пришли к выводу,
что орошение должно неизбежно уменьшать суммарный сток рек.
Что касается р. Сырдарьи, то ее годовой сток уже к 1965—1970 гг.
значительно уменьшился под влиянием орошения и в будущем
будет еще более уменьшаться.
В 70—80-е годы в ГГИ и в ряде других организаций были вы-
полнены комплексные научные исследования по влиянию орошае-
мого земледелия на водные ресурсы, гидрологический режим и
качество речных вод. Эти исследования включили в себя экспе-
римепталыюе изучение водного, теплового и солевого балансов
орошаемых земель в различных районах традиционного и перспек-
тивного орошения (Заволжье, Северный Кавказ, Закавказье, Сред-
няя Азия и южный Казахстан) [269, 273], а также анализ много-
летних колебаний характеристик речного стока, метеорологических
факторов в связи с развитием орошаемого земледелия в бассей-
нах практически всех крупных рек СССР, где орошение является
основным фактором хозяйственной деятс " -
дарья, Или, Терек, Кура, Араке, Кубань п др.
В отличие от бытовавших ранее фрагментарных методов изуче-
ния водного режима мелиорируемых ....
базировались на комплексном подходе
1ЫЮСТИ (Амударья, Сыр-
и др. [298]).
шмель’ исследования ГГИ
--- связанном с независимым
р нем всех составляющих водного, теплового и солевого ба-
104
лансов орошаемых полей, массивов и систем — притока и оттока
оросительных, коллекторно-дренажных и грунтовых вод и их ми-
нерализации, влагозапасов и водно-физических свойств почвогрун-
тов и его солевого состава, суммарного и непродуктивного испаре-
ния с сельскохозяйственных культур, теплового и радиационного
балансов.
Теоретические разработки и надежные экспериментальные дан-
ные позволили сделать значительный шаг в развитии гидрологии
орошаемых земель, решить ряд важнейших практических задач
в области гидрометеорологического обоснования рационального ис-
пользования водных ресурсов при орошении, влияния орошения на
окружающую среду. В частности, в результате исследований были
разработаны методы оценки и прогноза влияния орошения на сток,
различные по детальности, по исходной информации,.по примени-
мости к разным по площади и физико-географическим условиям
водосборам. На основании этих методов выполнены оценки про-
исшедших и ожидаемых в перспективе изменений стока основных
рек нашей страны, крупных природно-экономических регионов
СССР и мира под влиянием орошения [269, 282, 298].
В настоящее время для оценки и прогноза влияния орошения
на годовой сток рек разработаны и практически используются сле-
дующие методы:
— детальные воднобалапсовые методы, основанные па исполь-
зовании экспериментальных данных по водному балансу оро-
шаемых земель для малых и средних речных бассейнов, од-
нородных по физико-географическим условиям регионов;
• —- упрощенные воднобалансовыс методы, основанные на ис-
пользовании укрупненных проектных показателей, гидроме-
теорологических и гидрогеологических характеристик — для
средних и больших речных бассейнов и регионов перспек-
тивного развития орошения;
— методы интегральной оценки по наблюденному стоку в за-
мыкающем створе и основным стокообразующим факторам
за многолетние периоды — для речных бассейнов южных
районов, где орошение является основным видом хозяйст-
венной деятельности и практикуется многие десятилетия;
— методы, основанные на использовании осредненных данных
по удельному водопотреблению и возвратным водам при оро-
шении, а также основных характеристик глобального вла-
гооборота— для оценки динамики водных ресурсов круп-
ных природно-экономических регионов и континентов земли.
При наличии детальных экспериментальных наблюдений за
всеми элементами водного баланса на типичных орошаемых мас-
сивах, расположенных в различных частях речного водосбора,
С. И. Харченко (269, 271, 273] предложил детальную схему оценки
влияния орошения на сток, основанную на разности уравнения
водного баланса участка водосбора до и после развития орошения,
и обеспечивающих ее инженерно-технических мероприятий. Однако
эта схема весьма трудоемка, требует наличия детальных экспери-
105
ментальных данных, которые к тому же довольно трудно опреде-
лить инструментальным путем, и поэтому она не нашла практиче-
ского применения. Более приемлемым является воднобалансовый
метод, предложенный в последние годы в ГГИ Н. В. Пеньковой;
этот метод основан на широком использовании упомянутых выше
результатов исследований водно-теплового баланса орошаемых
земель, методов расчета испаряемости и испарения с различных
угодий, опыта проектирования оросительных систем, накопленного
в организациях Минводхоза СССР. Изложение указанного метода
с примерами расчета приведено в работе [189].
Воднобалансовый метод ГГИ весьма трудоемок и требует боль-
шого количества исходной информации, которая в большинстве
случаев отсутствует, особенно при проектировании оросительных
систем в районах так называемого перспективного орошения, где
современные орошаемые площади и водозаборы незначительны по
сравнению со стоком рек в замыкающем створе, но намечается их
интенсивный рост в перспективе. В частности, этот метод исполь-
зован для бассейна р. Волги в составе комплексной математиче-
ской модели формирования, использования и изменения стока реки
под влиянием хозяйственной деятельности (см. главу 7).
Для районов перспективного орошения оценка изменений стока
рек может быть выполнена приближенным воднобалансовым ме-
тодом с использованием основных проектных данных об орошае-
мых площадях, водозаборах, коэффициентах полезного действия
оросительных систем, глубинах залегания уровня грунтовых вод,
различных гидрологических параметрах [298]. При этом в преде-
лах речных бассейнов оценка производится отдельно для групп
оросительных систем, отнесенных к различным орошаемым зонам:
периферийной, прибрежной и припойменно-дельтовой, которые ха-
рактеризуются определенными особенностями водного баланса и
гидрологического режима, обусловленными наличием или отсутст-
вием двухсторонней гидрографической связи с рекой, а также гид-
рогеологическими условиями.
Для периферийной зоны, характеризующейся отсутствием об-
ратной гидрографической связи с рекой, откуда забирается вода па
нужды орошения, уменьшение стока реки за счет орошения Д/ор
можно принять равной водозабору
Arop = QB36. (4.D
Для прибрежной и пойменно-дельтовых зон, имеющих двухсто-
роннюю гидрографическую связь с рекой, уменьшение стока реки
под влиянием орошения ДУор приближенно оценивается по эмпи-
рическим формулам:
Д^ор — d-\- /\| [Qu36 (1 Л'кнд)] -ф- /\2(/Иор — cl) _|_ Д117гп — лес. (4.2)
-М7 пес = (S„ Р„) (а,);, —- а), (4.3)
где d — дефицит водопотребления сельскохозяйственных культур,
определяется по картам изолиний, составленных в П И на основе
106
усовершенствованного в последние годы тепло-воднобалансового
метода расчета режимов орошения [285]; фвзб — водозабор на
орошение из источника; Ккпд— коэффициент полезного действия
оросительных каналов; Ki, К2 — коэффициенты; Л40р ороситель-
ная норма (нетто); Д1КГВ— аккумуляция воды в грунтовых водах
и в зоне аэрации; ДУВСС — изменение объема местного весеннего
стока за счет орошения; (Sb+jPb) —максимальные снегозапасы,
сложенные с весенними осадками; ссОр, а— средние коэффициенты
весеннего стока с орошаемых и богарных земель.
Второе слагаемое в правой части формулы (4.2) представляет
собой величину непродуктивных потерь воды на испарение при по-
даче воды из источника на орошаемые поля, при этом коэффици-
ент К\<А показывает долю потерь на испарение из суммарных по-
терь воды по пути подачи ее на поля.
Третье слагаемое в формуле (4.2) представляет собой непродук-
тивное испарение на орошаемых полях и при сбросах избыточных
вод в источник. Коэффициент Z<2< 1 соответственно показывает
долю потерь на испарение из общего объема избыточных вод, ко-
торые, кроме того, идут на пополнение запасов подземных вод и
поступают в гидрографическую сеть по коллекторам. Для пой-
менно-дельтовых зон, характеризующихся высокими уровнями
грунтовых вод, можно принять Д1Кгв = 0; для прибрежных зон оро-
шения аккумуляция Д1КГП зависит главным образом от Ккпд и
Л4ор и по времени действует с начала орошения до повышения зер-
кала грунтовых вод до уровня закладки дренажа. При расчетах
по формулам (4.2) и (4.3) величины Q1I36, Ккпд, -Мор, а также со-
став культур и орошаемые площади принимаются по проектным
данным; Д№гв, Ki и К2 определяются ориентировочно иа основании
имеющихся материалов по существующим оросительным системам,
а также научных и проектных проработок. Величины (5п-|-Ри),
аор и а принимаются по данным научных обобщений, приведен-
ным в гидрологической литературе.
Изложенная выше приближенная схема расчета была приме-
нена в ГГИ для оценки влияния орошения па сток рек Допа, Дне-
пра, Днестра, Урала, Оки, Кубани и Оби; основные результаты
приведены в монографии автора [298]; в последние годы эта мето-
дика успешно использована для оценки и прогноза влияния оро-
шения на сток рек Северного Казахстана [135].
В южных районах пашей страны (в бассейнах рек Средней
Азии, Южного Казахстана, Кавказа) в зоне традиционного ороше-
ния, где богарное земледелие практически невозможно и ороше-
ние развито с древнейших времен, а в настоящее время явчяетсч
основным видом хозяйственной деятельности, оказывающим пре-
валирующее влияние иа водные ресурсы, прогноз влияния ороше-
ния иа речной сток достаточно надежно может быть выполнен на
основе статно ичсског о анализа многолетних данных наблюдений
по стоку в замыкающих створах совместно с основными стокооб-
разующими факторами, метеорологическими условиями и чинами-
кои орошаемых площадей в бассейне.
107
В этом случае изменение годового (сезонного) стока реки под
влиянием орошения ДУОр, осредненное за отдельные 5 10-летние
периоды, определяется по выражению
Д Гор — X А Г хоз i Д Г Вдх — Д Г пр. к i А Г пер i Д У вз,
(4.4)
где £ ДУхоз — изменение стока реки за 5—10-летний период под
влиянием всего комплекса факторов хозяйственной деятельности;
ДУ вдх, ДУ пр. к, ДУ пер — соответственно изменение стока за тот же
период под влиянием водохранилищ и прудов, промышленно-ком-
мунального водопотребления; изъятий части стока за пределы бас-
сейна или водоподачи из других бассейнов; ДУВЗ — пополнение или
сработка вековых запасов вод в бассейне за рассматриваемый пе-
риод.
Величина У ДУХОЗ определяется с использованием статистиче-
ских приемов, изложенных в главе 2. В частности, учитывая, что
практически для всех крупных водосборов рассматриваемой зоны
характерным является формирование водных ресурсов в горных
районах, а использование их происходит_на равнине и низмен-
ностях, то для количественной оценки У ДУхоз весьма эффективно
применение приемов, описанных в п. 2.5.
Значения остальных составляющих уравнения (4.4) определя-
ются с помощью воднобалансовых методов оценки влияния на сток
отдельных видов хозяйственной деятельности, приведенных в гла-
вах 3 и 6, а также по данным фактического учета водоподачи и
сработки (накопления) вековых запасов вод в бассейне. Для рас-
сматриваемых бассейнов, как правило, справедливо соотношение
ДГор^0,7—0,8 УУхоз, поэтому точность определения остальных
компонентов уравнения (4.4) незначительно сказывается на на-
дежности полученных выводов.
Следует отметить, что при расчетах по выражению (4.4) влия-
ние на сток оценивается в комплексе орошаемого земледелия и
всех обеспечивающих его инженерно-технических мероприятий
(строительство каналов, оросителей, коллекторов, плотин и дамб,
водозаборов и водосбросов, дренажных систем и т.п.), а также
сопутствующих развитию орошения так называемых компенсаци-
онных факторов, которые в условиях рассматриваемых водосборов
играют немаловажную роль.
При расчетах влияния орошения на перспективу с использова-
нием уравнения (4.4) учитывается тенденция антропогенных изме-
нений стока за прошедшие годы, предполагаемый прирост оро-
шаемых площадей в бассейне и намеченные мероприятия по усо-
вершенствованию оросительных систем и повышению эффективно-
сти использования водных ресурсов. Практически чаще всего по
имеющимся данным за прошедшие годы оценивается удельное
уменьшение стока на определенный прирост орошаемых земель и
эта величина с учетом коэффициентов на улучшение технического
состояния оросительных систем и на рационализацию способов и
режимов полива принимается на перспективу [260, 298].
108
Например, исследования показали, что за 1971—1975 гг. в це-
лом для р. Куры за счет орошения и обеспечивающих его инже-
нерно-технических мероприятий в бассейне (в условиях, когда ком-
пенсационные факторы практически уже исчерпаны) годовой сток
в устье уменьшился в среднем на 0,50 км3 на каждые 100 тыс. га
вновь введенных орошаемых площадей; на перспективу это зна-
чение принято равным 0,40—0,30 км3.
При оценке влияния орошаемого земледелия на суммарный
сток рек крупных природно-экономических регионов, занимающих
площади в миллионы квадратных километров, используются све-
дения о размещении орошаемых площадей, осредненные данные
по удельному водопотреблению на орошение и значениям возврат-
ных вод, а также количественные характеристики влагооборота
в пределах рассматриваемой территории.
Уменьшение суммарного годового стока рек под влиянием оро-
шения ДУОр для крупного региона площадью F на заданный рас-
четный уровень может быть приближенно оценено по следующему
уравнению:
ДУ ор = Мбр (1 — /<DB) Еор — ДРораЕ, (4.5)
где Л1бр — определенная для региона оросительная норма брутто
(удельное водопотребление на орошение); /Сп11 — осредненное зна-
чение возвратных вод от орошения в долях от удельного водопо-
требления; FOp — площадь орошения; ДРор — дополнительные
осадки в регионе, обусловленные испарением с орошаемых земель;
а — осредненный для региона коэффициент годового стока рек.
Удельное водопотребление Л1бР и коэффициенты возвратных вод
/СВв принимаются по имеющимся данным для отдельных стран и
районов, которые после соответствующего анализа и обобщения
осредняются для всего природно-экономического региона. В зави-
симости от физико-географических условий и технического состоя-
ния оросительных систем удельное водопотребление па орошение
изменяется для отдельных стран и районов в очень больших пре-
делах. Естественно, что наименьшие значения АДр имеют место для
северных стран и районов, например, па севере Европы — в Шве-
ции, Финляндии, ФРГ, Англии, Бельгии, а также в Швейцарии они
составляют 300—900 м3/га, в южных районах Франции, Италии,
Испании они изменяются от 5000—6000 до 8000—10000 м3/га; при-
мерно такие же значения характерны для стран СЭВ (без СССР)
[303]; возвратные воды при этом оцениваются равными 20—30 %
от водозабора. В США удельное водопотребление на орошение оце-
нивается разными авторами в 8000—10000 м3/га, возвратные
воды — 40—50 % °т водозабора. Довольно высокие значения
удельного водопотребления на орошение имеют место в СССР,
в среднем 10000 м3/га, что прежде всего объясняется отводом боль-
шого количества воды крупными каналами на расстояния в сотни
километров от водоисточника; в среднем для СССР значения воз-
вратных вод от орошения оцениваются в 25—35 % от водозабора.
109
В странах Азии ввиду большого разнообразия климатических"
условий, состава сельскохозяйственных культур и технического1
состояния оросительных систем значения удельного водопотребле-'-
ния весьма различны и, например, в среднем для Ирана и Ирака
составляют 11000—12000 м3/га, для Индии—9000—12000 м3/га,
Индонезии — 10000 м3/га, для Израиля и Иордании — 5000—
6000 м3/га. Еще большим разнообразием значений удельного водо-
потребления на орошение характеризуются страны Центральной и
Южной Америки (от 8 до 15—17 тыс. м3/га) и особенно Африки
(от 7 до 20—25 тыс. м3/га). При оценке влияния орошения на сток
на перспективу следует принимать во внимание, что удельное во-
допотребление, как правило, не остается постоянным и со временем
может значительно уменьшаться в зависимости от улучшения тех-
нического состояния оросительных систем, совершенствования
норм, режима и техники полива. В этом отношении особенно боль-
шое значение имеют мероприятия по замене мелких и средних от-
крытых каналов трубопроводами и облицовка водонепроницае-
мыми материалами ложа крупных магистральных каналов, что
позволяет повысить КПД оросительной сети от 0,3—0,6 до 0,8—0,9.
Применение более совершенных технических приемов и способов
полива (дождевание, в том числе мелкодисперсное пли аэрозоль-
ное, подпочвенное и впутрипочвенпое увлажнение с его разновид-
ностью — капельным орошением) способствует повышению уро-
жайности и резко уменьшает объемы оросительных вод.
Площадь орошения в регионе Fop, необходимая для расчетов
по формуле (4.5), принимается по данным фактического учета, ко-
торые в настоящее время имеются практически по всем странам
мира и ежегодно регистрируются и публикуются ФАО. На перспек-
тиву значения принимаются исходя из анализа и обобщения про-
гнозных оценок, которые периодически выполняются и публику-
ются по различным странам, группам стран и регионам мира [303].
Второе слагаемое уравнения (4.5) рассчитывается для регио-
нов, которые характеризуются коэффициентами влагооборота
Квл>1, т. е. с площадями более 1 млн. км2 (см. рис. 1.4).
Расчеты дополнительных осадков APf)|, производятся исходя
из предположения, что безвозвратные потери па орошение пред-
ставляют собой объемы дополнительного испарения над рассмат-
риваемой территорией, стимулирующие выпадение дополнительных
осадков. В основу оценки возможной трансформации водяного пара
в осадки может быть положена методика, разработанная
О. А. Дроздовым [95—97].
В качестве исходных данных используются необходимые метео-
рологические характеристики, приведенные в соответствующих ат-
ласах и климатических справочниках для отдельных континентов
и полушарий земли, а также обобщенные ио всему миру многолет-
ние данные по основным составляющим влагооборота и карты ос-
новных гидрометеорологических характеристик, приведенные в мо-
нографии и в Атласе по мировому водному балансу и водным ре-
сурсам земли [194].
ПО
Орошаемое земледелие является основным потребителем воды
на земле (см. рис. 1.1), обусловливая дефицит водных ресурсов во
многих районах мира. Это в полной мере относится и к нашей
стране, где на современный период на орошение приходится при-
мерно 72 % суммарного безвозвратного водопотребления. Естест-
венно поэтому, что именно за счет роста орошаемых площадей про-
исходит значительное уменьшение годового стока не только малых
Рис. 4.2. Уменьшение годового стока боль-
ших рек ЕЧС под влиянием орошения (в %
от нормы годового стока реки в устье
в естественных условиях).
и средних рек, но и крупных речных систем в южных районах
страны.
На рис. 4.2 приведены результаты выполненных в 1985—1986 гг.
в ГГИ оценок изменений годового стока больших рек под влиянием
орошаемого земледелия на 1980, 1990 и 2000 гг.
В качестве исходных данных для оценок на перспективу при-
няты планы развития мелиорации СССР, утвержденные на октя-
брьском 1984 г. Пленуме ЦК КПСС и уточненные в последние
годы в стороны их уменьшения; расчеты выполнены с использова-
нием изложенных выше приближенных воднобалансовых методов.
Большие реки южной зоны ЕЧС находятся в зоне перспектив-
ного орошения, где предполагается особенно интенсивное развитие
орошения. В соответствии с приведенными данными (рис. 4.2) на
уровне 1980 г. уменьшение годового стока рек в устьях за счет
орошения колеблется от 5 % для р. Волги до 34 % для р. Кубани,
к концу столетия уменьшение составит 9—47 %. При этом в рас-
четах не учитываются переброски стока за пределы рассматривае-
мых бассейнов, если даже они осуществляются в целях развития
»Р1°ои^ПН1ппАД;,Я ВСеХ nP,1B^cinibix на рис. 4.2 бассейнов уже
в 1985 1990 гг. орошение становится основным видом хозяйствеп-
111
ной деятельности, способствующим наибольшему уменьшению го-
дового стока в замыкающих створах.
Следует отметить, что для бассейнов юга европейской части
СССР в 1975—1976 гг. на перспективу давалось более значитель-
ное уменьшение стока за счет орошения, по оно не оправдалось, во-
первых, ввиду существенно менее интенсивного развития ороше-
ния, чем это планировалось ранее, а, во-вторых, из-за наступления
после 1977 г. периода повышенной водности на реках, в течение
которого влияние хозяйственной деятельности и, в частности, оро-
Рис. 4.3. Уменьшение годового стока
р. Волги под влиянием орошения.
1 — расчеты ГГИ 1974 г., 2 — расчеты ГГИ
1981 г.
шения сказывается, как известно [298], менее существенно, чем
в средние, а тем более в маловодные годы. На рис. 4.3 показаны
прогнозируемые в 1975 и 1984 гг. значения уменьшения годового
стока р. Волги па 1990 и 2000 гг.
Оценки прошедших и ожидаемых в перспективе изменений под
влиянием орошения годового стока южных рек европейской части
СССР, помимо ГГИ, выполнены в последние годы и другими авто-
рами преимущественно для рек Украины и Молдавии [161, 163,
196, 290], причем результаты довольно разноречивы. Например, по
данным [200], изменение годового стока р. Днестра за счет оро-
шения должно было составить в 1985 г. 0,18 км3 (1,7 %),
а к 2000 г.— 1,2 км3 (11 %); в то же время по результатам расче-
тов других исследователей [161, 163] па 1980 г. уменьшение стока
этой же реки уже составило 2,4 % и к концу столетия ожидается —
16 %. В последних работах приведены современные и перспектив-
ные изменения под влиянием орошения годового стока многих мел-
ких и средних рек Молдавии, которые уже на 1980—1985 гг. со-
ставляют от 3 до 40 %. Различия полученных значений по Днестру
объясняются применением различных методических приемов
оценки, а также принятых перспективных планов развития оро-
шения.
С точки зрения анализа эффективности использования воды на
орошение значительный интерес представляет работа В. П. Моло-
112
дых [196], в которой оценивается влияние орошения на сток
р. Днепра не по фактическим данным о водозаборах, а на осно-
вании определения потребности в воде за каждый год по биокли-
матическому методу Алпатьсва с учетом сложившихся севооборо-
тов в различных частях бассейна. По этим данным, потребности
в воде для орошения в бассейне р. Днепра за 1970—1974 гг.
колеблются по годам в очень больших пределах — от 0,87 до
2,57 км3 в зависимости от метеорологических условий каждого
года. При этом, как правило, в годы повышенной водности безвоз-
вратное водопотребленне на орошение значительно меньше, чем
в средние и маловодные. Заметим, что по данным фактического
учета водозаборы на орошение в бассейне примерно в 2—3 раза
выше, чем это получено в указанной работе и очень мало изме-
няются в зависимости от метеорологических условий. Это свиде-
тельствует о том, что в бассейне р. Днепра имеются весьма боль-
шие резервы для более экономного, рационального использования
воды на нужды орошения.
Особенно интересные выводы по влиянию орошения на годо-
вой сток рек, имеющие большое научное и практическое значение,
получены для больших бассейнов южных районов страны, распо-
ложенных в зоне традиционного орошения (Амударья, Сырдарья,
Кура, Или, Терек и др.). Эти выводы получены па основании ис-
следований, выполненных в ГГИ [260, 266, 271, 298], САНИИ
[242], КазНИИ [218] и в ряде других организации с использова-
нием главным образом методических приемов, изложенных в п. 2.5.
Для этих бассейнов рост безвозвратных потерь воды па орошае-
мых землях до определенного предела может компенсироваться
снижением непродуктивного испарения в бассейне и тогда даже
при больших дополнительных потерях на орошение не происходит
уменьшения общей водности реки в замыкающем створе. Указан-
ные процессы особенно наглядны на примере бассейнов рек Сыр-
дарьи и Амударьи. По результатам исследований, выполненных
в последние годы в ГГИ [69], выявлена динамика осредненпых
за 10-летние периоды значений водных ресурсов в зоне формиро-
вания У3ф, естественных t7CCT и антропогенных потерь стока
в зоне использования, фактического притока к вершинам дельт
Qn, а также уровня бессточного Аральского моря Нлр как инте-
гральной характеристики процессов, происходящих в его, бассейне.
Здесь же показан рост орошаемых площадей Гор в бассейне Араль-
ского моря.
В соответствии с приведенными данными с 1930 по 1960 г. пло-
щадь орошения в бассейне Аральского моря увеличилась примерно
на 2 млн. га, ежегодные затраты воды на хозяйственные нужды
(главным образом на орошение) возросли па 20 км3, но одновре-
менно с этим в зоне использования стока только до вершин дельт
уменьшались естественные годовые потери иа испарение примерно
на 15 км3, что вместе со значительным уменьшением потерь в дель-
тах указанных рек [298] полностью компенсировало дополнитель-
ные затраты воды на орошение, приток в море не уменьшился и
8 Заказ № 159
из
уровень последнего оставался стабильным. После I960I г. н^ался
особенно интенсивный рост орошаемых площадей „в бассейне, от
вод значительной части стока рек за пределы бассейна, что р
к резкому увеличению антропогенных потерь водных ресурсов.
В условиях, когда компенсационные ресурсы бассейна оказались
практически исчерпанными, рост антропогенных потерь стока обус-
ловил примерно такое же уменьшение притока в Аральское море
и уровень моря начал интенсивно падать (рис. 4.4), уже к 1980 г.
падение уровня составило около 8 м, а к 1986 г.— 11м.
Большая роль изменения непродуктивного испарения в бассейне
в оценке динамики годового стока р. Куры в связи с развитием
орошаемого земледелия убедительно показана на примере, при-
веденном в п. 2.5. Аналогичные процессы в той или иной степени
имеют место и во многих других бассейнах или их частях, рас-
положенных в аридных зонах нашей страны и за рубежом. Вы-
полненный в последние годы в ГГИ анализ результатов исследо-
ваний влияния орошения на сток южных рек не только позволил
приближенно оценить компенсационные ресурсы в их бассейнах,
но и показал, что они прежде всего зависят от объема общих по-
терь водных ресурсов в бассейне, представляющих собой разность
суммарных водных ресурсов бассейна и среднего годового стока
в устье. Указанное положение хорошо иллюстрируется данными,
представленными в табл. 4.4, в которой для ряда крупных рек юж-
Таблица 4.4
Характеристика речного стока и объем максимальных водных ресурсов
в бассейнах некоторых рек СССР, км3/год
№ на рис. 4.5 Бассейн реки Водные ресурсы Сток в устье за условно- естественный период Суммарные потерн стока Максимальные компенсацион- ные ресурсы
1 Амударья 77 40 37 26
2 Сырдарья 37 15 22 10
3 Волга 254 240 14 4
4 Кура 28 18 10 4
5 Или 18 13 5 2
6 Терек-}-Сулак 17,2 13,4 3,8 1,5
7 Урал 11,4 10,6 0,8 0,3
зоны страны приведены суммарные водные ресурсы бассейна
нои зоны страны приведены суммарные водные ресурсы бассейна,
средний сток в устье за естественный период, общие потери стока
ппнг/пп-11?1П1Ь1С в РезУльтате исследований для каждого бассейна
приближенные объемы г.:аж
Последние значения крайне i.....
П°бзег<*йип В “СТЬе.В С”язи с планируемым развитием орошения
в оасссине, они показывают пределы вег-
z-ч гч •-* ' * 4
ного годового стока в устье. Для рек
компенсационные ресурсы отмечаются л
Ппг°^ЪСМЬ1 максимальных компенсационных ресурсов.
»ого ™ , J 1!а1К|ш годо-
в бпссоиип “ ЬС\В (11ЯЗИ с пл;|,|ируемым развитием орошения
С’ 01111 пока 31,13 акгг пределы возможности увеличения без-
...' dTlloro водопотребления в бассейне без уменьшения суммар-
нашей страны наибольшие
114
дарьи соответственно 26"* и 10 км3/год, что дало возможность
развивать орошаемое земледелие в бассейне Аральского моря до
5 млн. га без заметного уменьшения притока в море и снижения
его уровня (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Динамика водных ре-
сурсов в зоне формирования
У.зф стока в замыкающем
створе Qu, естественных ЯССт
и антропогенных С/ацТ потерь
стока р. Амударьи — пос. Чат-
лы (а) и р. Сырдарьи — г. Ка-
зал инск (б), уровней (Ядр)
Аральского моря и суммарных
площадей орошения в его бас-
сейне (в).
Рис. 4.5. Зависимость объема
«компенсационных рес} рсов»
ДЕКОМП ог суммарных потерь
стока в бассейне 2 ЯПОт-
Цифры у точек — номера бассейнов
по табл. 4.4.
Как свидетельствуют данные рис. 4.5, объем компенсационных
ресурсов для любого бассейна Д£комп нетрудно определить по раз-
ности между суммарными водными ресурсами и средним стоком
в устье в естественных условиях.
Для районов избыточного и достаточного увлажнения обычно
эта разность близка к пулю и соответственно компенсационные
* С учетом изменения непродуктивного испарения в устьевых областях,
в то время как па рис. 4.4 приведена динамика естественных потерь до вершин
дельт.
8*
115
ресурсы пренебрежительно малы и могут не учитываться при
оценке антропогенных изменений речного стока.
Следует отметить, что для большинства крупных водосборов
южной зоны СССР компенсационные ресурсы были исчерпаны
еще в 60—70-е годы и на всех реках к настоящему времени имеет
место резкое уменьшение годового стока под влиянием орошения.
По оценкам ГГИ иа 1980 г., уменьшение годового стока в устьях
рек под влиянием орошения составило примерно 25 30 % Для Те-
река, Сулака и Куры * и 60—70 % для Амударьи и Сырдарьи (по
отношению к условно-естественному периоду). При этом полностью
подтверждается полученный ранее вывод [298], что наиболее зна-
чительные изменения годового стока под влиянием орошения про-
исходят в маловодные годы с сухим и жарким вегетационным пе-
риодом, что особенно обостряет проблемы водообеспечения в юж-
ных районах.
Что касается возможных изменений суммарных ресурсов реч-
ного стока под влиянием планируемого развития орошения в гло-
бальном масштабе, то такая оценка была выполнена в последнее
время в ГГИ для всех крупных природно-экономических регионов
мира площадью от 1,7 до 9,0 млн. км2, где орошаемое земледелие
является основным видом хозяйственной деятельности, определяю-
щим более 90 % всего безвозвратного водопотребления.
Расчеты** для каждого региона выполнены по методике, изло-
женной выше, с использованием формул (4.5) — (4.9). Основные
исходные данные для расчета и полученные результаты приведены
в табл. 4.5. Площади орошения Т7,,,, и безвозвратное недопотребле-
ние на хозяйственные нужды в каждом регионе па 2000 г. приняты
по результатам последних исследований ГГИ [303], средние коэф-
фициенты стока получены на основании данных но осадкам и
стоку, приведенных для каждого континента в работе [194].
В соответствии с данными табл. 4.5 для отдельных регионов
дополнительный сток AQO[) за счет дополнительных осадков, обус-
ловленных поступлением в атмосферу влаги с орошаемых земель,
может достигать к концу текущего столетия 30—40 % от объемов
безвозвратного водопотребления на хозяйственные нужды, что, ко-
нечно, следует учитывать при перспективном планировании круп-
номасштабных водохозяйственных мероприятий, имеющих глобаль-
ный характер.
4.1.3. О влиянии орошения па внутригодовое распределение
стока, экстремальные расходы и качество вод
Разви1ие орошения, оказывая большое влияние иа годовой сток
рек, в той или иной степени не может не сказаться па его внутри-
Iодовом распределении, иа меженном стоке, минимальных и мак-
епмальпых расходах воды. Следует заметить, что па крупных
водосоорах выделить в чистом виде роль орошения в изменении
* Без учета стока ио коллекторам непосредственно в Каспийском море.
*♦ Расчеты выполнены Н. Г. Самбуком.
116
Таблица 4.5
Возможные к 2000 г. изменения водных ресурсов под влиянием хозяйственной деятельности для регионов мира
с развитым орошением
Регион Площадь террито- рии F млн. км2 Площадь орошения Fop млн. га Безвозврат- ное недопот- ребление ^хоз км3 Дополни- тельные осадки ДРОРкм’ Коэффициент стока а Дополни- тельный реч- ной сток Д<2ор км’ Влияние оро- шения (графы 4-7) Уор км’ ДО ^ор ' и ' % хоз
Южная Европа (зару- бежная) 1,76 10,2 73 61 0,33 20 53 27
Юг европейской части СССР (включая Закав- казье) 3,71 17,1 129 66 0,26 17 112 13
Северный Китай и Монголия 9,14 44,0 360 319 0,32 102 258 28
Южная Азия 4,49 102 865 612 0,48 294 571 34
Западная Азия 6,82 18,7 190 172 0,28 48 142 25
Северная Африка 8,78 11,0 112 95 0,08 8 104 7
Западная Африка 6,96 2,8 34 55 0,24 13 21 38
Восточная Африка 5,17 1,4 28 60 0,18 11 17 18
Южная Африка 5,11 3,0 34 35 0,11 4 30 12
Центральная Америка 2,67 Н,4 93 110 0,34 37 56 40
внутригодового распределения и экстремального стока весьма не-
просто, поскольку опа обычно затушевывается влиянием других
факторов хозяйственной деятельности и прежде всего русловым
регулированном, которое может коренным образом преобразовать
гидрологический режим реки. Тем не менее для различных типов
речных бассейнов, находящихся как в районах традиционного, так
и перспективного орошения имеются довольно четкие представле-
ния (правда, существенно различающиеся в количественном отно-
шении) об изменениях режима речного стока в связи с развитием
орошения [7, 1 11, 150, 162, 169, 218].
Естественно, что степень влияния орошения на внутригодовое
распределение стока будет зависеть не столько от объема годовых
изъятий воды, сколько от распределения их внутри года. Действи-
тельно, если водозаборы осуществляются в течение всего года и
примерно пропорциональны естественной водности реки, то даже
при очень больших изъятиях и резком уменьшении годового стока
изменение внутригодового распределения стока может быть мини-
мальным. В какой-то степени указанное обстоятельство имеет ме-
сто на горных реках Кавказа и Средней Азии, сток которых фор-
мируется в высокогорных районах. Здесь наиболее высокие рас-
ходы воды обычно имеют место в жаркий период во время таяния
снега и льда в горах, т. е. именно тогда, когда и требуются наи-
большие заборы воды на орошение. В таких условиях влияние
орошения на внутригодовое распределение стока, па меженные и
минимальные расходы воды будет значительно меньше сказы-
ваться, чем, например, для равнинных рек юга европейской части
СССР и Северного Казахстана, где основная часть стока проходит
весной, а наибольшие водозаборы на орошение совпадают с лет-
ним минимумом стока. Очевидно также, что степень влияния оро-
шения па режим стока в значительной степени будет зависеть от
водности года и от естественного распределения этой водности
и метеорологических условий внутри года.
Для горных рек Кавказа и Средней Азии оценка изменений
внутригодового распределения стока в связи с развитием орошения
выполнена в ГГИ Е. А. Леоновым [169] путем сравнения средних
значений месячного и сезонного стока за достаточно длительные
многолетние периоды — условно-естественный и нарушенный. Ре-
зультаты этих оценок приведены на рис. 4.6 для р. Сырдарьи
у г. Казалинска в различные по водности годы.
В соответствии с приведенными данными в результате наи-
больших водозаборов на орошение в летнее время уменьшается
относительное значение стока за вегетационный период и несколько
увеличивается осенью и зимой, когда водозаборы наименьшие и
имеет место интенсивный приток воды с орошаемых массивов
в гидрографическую сеть. При этом степень изменения внутриго-
дового распределения стока в очень сильной мере зависит от вод-
ности года; в многоводные годы изменения незначительны, в очень
маловодные годы режим стока преобразуется полностью. Следует
подчеркнуть, что приведенные на рис. 4.6 изменения касаются от-
118
носнтельных значении распределения стока внутри года; при столь
резком уменьшении годового стока, которое имеет место на р. Сыр-
дарье, особенно в маловодные годы, значения минимального и ме-
женного стока по абсолютной величине также уменьшаются. Тен-
денции в изменениях внутригодового распределения и сезонного
стока, характерные для р. Сырдарьи, в той или иной степени имеют
место и на других горных реках в районах традиционного ороше-
/ /// I/ 17/ // XI
Рис. 4.6. Изменение внутригодового распределения стока р. Сыр-
дарья — г. Казалинск под влиянием развития орошения в годы раз-
личной водности.
а — многоводный год, QecT ГОД=21,4 км3/год, ГОД=17,8 км:’/год; б — сред-
ний год, QecT ГОД = 15,7 км3/год, QH ГОД=7,6 км3/год; в — маловодный год,
Фест. год=11’3 км3/год, Фи ГОД=0,43 км3/год; /-условно-естественный период
(1912—1960 гг.), 2 — нарушенный (1961 —1977 гг.).
ния, что подтверждается данными, приведенными в работах [169„
242, 266, 298].
Для расчетов гидрологических характеристик при строительном
проектировании большое практическое значение имеет учет влия-
ния орошения на максимальные расходы воды различной обеспе-
ченности. На горных речных водосборах в районах традиционного
орошения обычно имеет место уменьшение рядовых максимальных
расходов воды при интенсивном развитии орошаемого земледелия,
НО это совсем не означает, что таким же образом будут изменяться
,, пенкой повторяемости, формирующиеся при
максимальные РасхО^ь‘ тнЫХ условиях стока. Увеличение орошае-
исключителыю бла™"Р. не ',меньшает катастрофических павод-
мых площадей в ба^с по-видимому, может способствовать и
ков, а в отдельны»• »° в"» „о^,шсш,ого дождевого стока
увеличению их максим)
орошаемых нолей во время интенсивных ливней [168, 350] Кос-
венным подтверждением этого являются нередко повторяющиеся
катастрофические паводки в районах интенсивного орошаемого
119-
земледелия в пашей стране и за рубежом. Например, в бассейнах
рек Сырдарьи и Амударьи, где отмечается очень большое уменьше-
ние годового стока в результате развития орошения, в 1969 г. при
выпадении высоких осадков сформировался катастрофически высо-
кий паводок, причем большая часть стока (примерно 25 км3 по
р. Амударье и 10 км3 по р. Сырдарье) была сформирована [69]
в равнинной и предгорной частях бассейна в зоне использования
стока, т. с. именно там, где расположены основные орошаемые
площади.
Что касается рек юга европейской части СССР, где максималь-
ные расходы формируются в период весеннего половодья и дож-
девых паводков, то здесь, как правило, максимальные расходы и
объемы паводочного стока имеют тенденцию к некоторому повы-
шению при увеличении площадей орошаемых земель в бассейнах,
что обусловлено повышенной влажностью почвы за счет орошения.
Так, по данным И. И. Лалыкина [162, 163], при современной сте-
пени освоенности речных водосборов Молдавии под орошение па-
водочный сток малых рек увеличивается на 1—2 %. В перспективе
он может возрасти па 10—15 %.
В связи с изложенным рекомендуемые некоторыми авторами
поправки па изменение расчетных максимумов для речных водо-
сборов, интенсивно освоенных в хозяйственном отношении и, в ча-
стности, под орошаемое земледелие, найденные эмпирическим пу-
тем, должны приниматься с очень большой осторожностью и во
всяком случае лишь для паводков в пределах тех обеспеченностей,
для которых они получены.
При расчетах возможных преобразований речного стока под
влиянием орошения необходимо учитывать и обычно имеющие ме-
сто резкие изменения качества воды в районах интенсивного оро-
шения и прежде всего повышение минерализации речных вод. По-
ступающие с орошаемых массивов в реки возвратные воды со-
держат значительное количество природных солей, вымываемых из
почвогрунтов при орошении, а также удобрения и ядохимикаты,
применяемые в сельском хозяйстве. Для некоторых оросительных
систем минерализация коллекторно-дренажных вод, отводимых
с орошаемых территорий и поступающих в водные объекты, в 8—
10 раз превышает минерализацию оросительной воды. Это приво-
дит к повышению минерализации воды в реках, озерах и водохра-
нилищах, расположенных в орошаемых районах. Исследования по-
казали, например, что в низовьях рек Амударьи, Сырдарьи, Чу,
Таласа в связи с развитием орошения в последние десятилетия
общая минерализация речной воды увеличилась в несколько раз
при значительном изменении состава ионов [271, 282].
По данным американских исследователей прежде всего в ре-
зультате сбросов в реки коллекторно-дренажных вод с орошаемых
массивов в низовьях р. Колорадо минерализация речных вод уве-
личивается с 0,75—0,85 до 1,4—2,0 г/л, а в некоторые годы даже
до 2,9—3,2 г/л [116, 338]. Для улучшения качества воды в реке и
уменьшения минерализации разработаны крупномасштабные про-
120
екты, предусматривающие проведение комплекса всевозможных
мероприятий по регулированию водоисточников и оросительных си-
стем, созданию мощных опреснительных станций для опреснения
коллекторно-дренажных вод.
4.2. Гидрологический эффект осушительных мелиораций
4.2.1. Масштабы и перспективы развития
На территории нашей страны болота и заболоченные земли за-
нимают в общей сложности 212 млн. га, или около 10 % террито-
рии; из них собственно болот (с глубиной торфа более 30 см), об-
ладающих большим потенциалом плодородия, около 68 млн. га; на
европейской части СССР болота и заболоченные земли занимают
12 % территории. Наибольшей заболоченностью характеризуются
тундровая и таежно-лесная зоны; на европейской части СССР
больше всего болот на севере и северо-западе, в республиках При-
балтики, в Белоруссии и на северо-западе Украины (Полесье),
в азиатской части СССР они более всего распространены в Запад-
ной Сибири и на Дальнем Востоке; в ряде районов Западной Си-
бири (Васюганье и Сургутское Полесье) болота занимают до 70 %
территории.
Таким образом, СССР обладает огромными потенциальными
возможностями для проведения осушительных мелиораций. Начало-
крупномасштабных осушительных мелиораций в нашей стране
было положено более 100 лет назад работами широко известной
Западной экспедиции И. И. Жалинского в Пинском Полесье
(1873 г.). К 1913 г. па территории бывшей царской России было
осушено 2,8 млн. га болот, заболоченных и переувлажненных зе-
мель; к 1940 г. площадь осушенных земель составила 5,8 млн. га;
широкое развитие осушительная мелиорация получила в 60-е годы
и особенно в последние 10—12 лет. В начале 70-х годов площадь
осушаемых сельскохозяйственных угодий в целом но стране соста-
вила 10,2 млн. га, в том числе в республиках Прибалтики
3.7 млн. га, БССР и УССР 3,3 млн. га, в РСФСР 3,2 млн. га. В на-
стоящее время суммарные площади осушенных земель в СССР
составляют около 16 млн. га, к 2000 г. предполагается увеличение
их до 19____21 млн. га [248]. Динамика осушенных площадей
в СССР показана па рис. 4.7. Наиболее крупномасштабные работы
ио мелиорации болот, заболоченных и переувлажненных земель
ведутся и будут вестись на территории Белоруссии, Украины, При-
балтики, в нечерноземной зоне РСФСР. В районах с широким раз-
витием мелиоративных работ на средних и особенно малых реках
•*а долю осушенных земель нередко приходится до 40—60 % от
общей площади водосборов.
Темпы осушительных мелиораций в последние десятилетия осо-
бенно высоки в нашей стране и столь же высокими они планиру-
ются в перспективе. И все же сегодня первоочередная задача в об-
121
ласти мелиорации не в расширении мелиорируемых площадей,
а в обеспечении их эффективного использования. В связи с этим
все большее распространение получает сооружение в районах из-
быточного и достаточного увлажнения систем так называемого
двухстороннего регулирования водного режима почвы, позволяю-
щих одновременно с осушением производить в отдельные периоды
необходимое дополнительное увлажнение осушаемых массивов.
В системах двойного регулирования имеется возможность управ-
ления водным режимом почвы для создания оптимальных условий,
Рис. 4.7. Динамика осушенных площадей
в СССР.
необходимых для получения высоких урожаев сельскохозяйствен-
ных культур на мелиорируемых землях.
Наряду с СССР осушительная мелиорация получила развитие и
во многих других северных странах мира, где болота и заболочен-
ные земли занимают значительные территории: в Канаде, США,
Англии, Финляндии, Польше, ГДР, в Нидерландах. Всего в мире,
по данным [342], имеется около 100 млн. га болот, значительная
часть их расположена в лесных районах. В Финляндии, например,
около 10 млп. га болот, из которых примерно 7 млн. га удобны для
осушения. К 1980 г. 5,2 млп. га финских болот осушены, что со-
ставляет примерно пятую часть всей территории страны. Отсюда
очевидна важность для этой страны изучения проблемы влияния
осушительных мелиораций на водный режим и на окружающу!
среду.
4.2.2. Исследования и дискуссии о влиянии осушений
на речной сток
Интенсивное развитие осушительных мелиораций, охватываю-
щих большие территории и значительные части малых и даже
средних речных бассейнов, требует надежных данных о тех изме-
нениях, которые происходят в водно-тепловом режиме мелиорируе-
мых земель, водном балансе территорий, в характеристиках реч-
122
ного стока, в экологических условиях па окружающих территориях.
Все эти сведения необходимы уже при проектировании мелиорируе-
мых систем и других водохозяйственных объектов в мелиорируе-
мых районах, а также при планировании комплексных мероприя-
тий по рациональному использованию водных ресурсов, земель-
ного фонда и охране природы.
Многолетняя дискуссия о гидрологической роли болот и о воз-
можных изменениях водного режима и характеристик речного
стока в связи с их осушением возникла более 100 лет с началом
массовых осушительных работ в Полесье, предпринятых экспеди-
цией И. И. Жилинского; в какой-то степени (во всяком случае при-
менительно к отдельным элементам речного стока), эта дискуссия
продолжается до настоящего времени. Основываясь на результатах
работ своей экспедиции, первые сколько-нибудь обоснованные су-
ждения по этой проблеме были высказаны И. И. Жалинским [104],
Он считал, что при осушении увеличивается густота гидрологиче-
ской сети и ее уклоны, что должно благоприятствовать стоку,
В связи с этим, по мнению Жилинского, осушение будет способ-
ствовать увеличению весенних расходов воды и меженного стока
рек и отразится на внутригодовом распределении речного стока.
Следует отметить, что эти выводы основывались на общих пред-
ставлениях о формировании речного стока и не были подкреплены
какими-либо фактическими наблюдениями.
В то же время основоположник почвоведения В. В. Докучаев
считал, что поскольку все реки Полесья берут начало из болот,
то последние и служат их главным источником питания и, следо-
вательно, осушение болот приведет к обмелению рек [93]. Эти су-
ждения нашли полную поддержку у С. Н. Никитина — руководи-
теля гидрогеологической частп экспедиции по изучению источников
питания главных рек европейской части России, который пришел
к выводу об исключительно важной роли болот в питании рек и
полагал, что осушение их может отрицательно сказаться на режиме
речного стока [204]. По этому поводу он писал: «Не подлежит со-
мнению, что дренирование и осушение всех типов болот в сколько-
нибудь значительных размерах было бы гибельно для водоносно-
сти рек». Выводы Никитина привели к практически повсеместному
прекращению осушительных работ, начатых экспедицией .Жилин-
ского.
Столь различные точки зрения о роли болот в питании рек и
о влиянии осушения на речной сток, высказанные еще в конце
прошлого века, в последующие годы находили себе сторонников и
последователей среди многих специалистов различного профиля.
Хотя следует сразу же отметить, что все известные ученые-гидро-
логи и климатологи в основном поддерживали точку зрения Жи-
линского о положительном влиянии осушительных мелиораций иа
речной сток Так, еще в самом начале века Е. В. Оппоков показал
[214], что болота не являются единственным источником питания
меженного стока рек, их следует рассматривать как особый вид
почвенно-растительного покрова, который сам нуждается во влаге
123
и поэтому возникает и существует там, где есть местный избыток
влаги, и, следовательно, болота не накапливают влагу, а интен-
сивно используют ее на испарение, уменьшая меженный сток рек.
Таким образом, по Оппокову, уменьшение заболачивания путем
отвода в реки весенней влаги и атмосферных осадков, прежде чем
они испарятся, должно не уменьшать, а увеличить сток с заболо-
ченных территорий в реки.
Взглядов, весьма близких к современным в отношении влияния
осушения на речной сток, придерживался известный гидролог, ос-
нователь гидрологии болот А. Д. Дубах. Он считал, что осушение
болот увеличивает суммарный сток за счет уменьшения испарения
и сработки запасов болотных вод; при этом происходит увеличение
меженного стока [99]. Объем весеннего половодья, по Дубаху, мо-
жет при осушении как увеличиваться за счет лучших условий сте-
кания, так и уменьшаться из-за повышенной аккумулирующей спо-
собности осушенных массивов. Что касается нормы годового стока,
то он считал, что в первый период прокладки осушительной сети
она увеличивается вследствие уменьшения испарения при пони-
жении уровней грунтовых вод. По мере освоения осушенного бо-
лота под сельскохозяйственные культуры испарение увеличивается
и годовой сток имеет тенденцию к снижению.
Выводы И. И. Жилипского, Е. В. Оппокова и А. Д. Дубаха
о гидрологической роли болот и о их влиянии па сток при осуше-
нии, с одной стороны, и В. В. Докучаева и С. II. Никитина, с дру-
гой (впрочем как и всех других исследователей до середины 30-х
годов) исходили из общих представлений о формировании речного
стока и влиянии различных физико-географических факторов па
этот процесс и имели главным образом качественный характер;
никаких количественных оценок при отсутствии материалов факти-
ческих наблюдений, естественно, в тот период не могло быть сде-
лано.
Со второй половины 30-х годов начался новый этап изучения
влияния осушения на речной сток, который продолжается до на-
стоящего времени и характеризуется тремя основными направле-
ниями исследований:
— анализ материалов наблюдений за стоком и определяющими
факторами в пределах мелиорируемых и неосушеиных (кон-
трольных) водосборов;
— оценка составляющих водного баланса естественных и осу-
шенных болотных массивов;
— оценка изменений физических и гидрологических характе-
ристик и процессов, происходящих на болотных массивах
при их осушении.
Первое направление исследований вот уже на протяжении -
лувека является наиболее распространенным в нашей стране и и
рубежом для оценки гидрологических последствий осушения io.ioi
и заболоченных земель. По этому направлению опубликованы
сотни работ для разных физико-географических условий, гидроло-
гических характеристик, масштабов и видов осушительных мелно-
124
раций, продолжительности периодов наблюдений. Следует отме-
тить, что несмотря на многообразие и многочисленность этих работ
они не получили каких-то принципиально новых результатов в от-
ношении гидрологических последствий осушительных мелиораций.
Мало того, выводы этих работ оказались весьма разноречивыми
(и даже противоречивыми) и не внесли большой ясности в про-
блему количественной оценки влияния осушения на характеристики
речного стока; две принципиально различные точки зрения по
влиянию осушительных мелиораций па сток рек все еще продол-
жали иметь место, дискуссия не закончилась.
Достаточно детальные обзоры и анализ результатов работ по
влиянию осушения на характеристики речного стока выполнены
многими авторами [38, 62, 183, 208, 298], в том числе в самые по-
следние годы, поэтому пет необходимости еще раз па них оста-
навливаться. Отметим лишь главные качественные выводы,
полученные основными исследователями, и возможные причины
разноречивости этих выводов применительно к различным физико-
географическим условиям и характеристикам стока.
Наибольшее количество исследований посвящено оценке изме-
нений таких важнейших стоковых характеристик, как средний го-
довой сток рек и его внутригодовое распределение. Большинство
авторов пришло к выводу, что осушительная мелиорация способ-
ствует увеличению среднего годового стока, особенно значитель-
ному в первые годы после сооружения осушигельных систем. Это
происходит за счет сработки запасов грунтовых вод, в том числе
на прилегающих к осушенным массивам территориях, уменьшения
суммарного испарения, увеличения густоты речной сети, уменьше-
ния длительности затопления пойм и некоторых других факторов.
Выводы об увеличении годового стока (от 5 10 до 35 45 %),
летне-осенней и зимней межени (в 1,1 —1,8 раз) после проведения
осушительных мелиораций па болотных массивах и минеральных
землях были получены многими авторами для речных бассейнов
Белоруссии [25, 39, 40, 133, 134], Украины [43. 1721, Прибалтики
[120, 130], центральных районов европейской части СССР и северо-
запада [15, 256], Дальнего Востока и Сахалина [20, 21, 212], где
имеются достаточно надежные и длительные наблюдения, охваты-
вающие периоды с различной степенью развития осушительных
мелиораций.
Особый интерес представляют результаты изучения влияния
осушения на сток малых рек Сахалина (с площадями водосооров
до’150—200 км2), полученные II. И. Онищенко [212]. Согласно все-
стороннему анализу, приведенному этим автором, оказалось, что
в первые годы после проведения осушительных мелиораций в усло-
виях Сахалина на площадях 2—3 % от всей площади водосбора
может происходить увеличение юдового стока на 25—33 %, а лет-
него меженного до 50—60 %. Столь значительные изменения шо-
ковых характеристик ооьясияются автором, помимо ум ‘пыпения
испарения, дополнительной приточное! ыо поверхностных вод
с ранее бессточных пониженных участков бассейна, а главное
125
дополнительным выклиниванием в осушительную сеть подземных
вод, поступающих с горной части бассейна, которая составляет
здесь 70—90 % площади всего водосбора.
Выводы об увеличении годового и меженного стока под влия-
нием осушения были получены в разные годы также в ГДР (ра-
боты Г. Кальвайта, А. Вехмана [183]), в ПНР, в Англии, в США,
в Финляндии [180, 298]. Например, по данным Л. Хейкурайнена,
С. Е. Мустопепа и П. Сеуле [180, 342] осушение и лесомелиорация
болот в Финляндии приводит к уменьшению суммарного испаре-
ния, увеличению среднегодового стока (примерно на 30%), повы-
шению минимальных и максимальных расходов воды.
Вместе с тем целый ряд исследователей отмечают, что осуши-
тельная мелиорация с последующим сельскохозяйственным освое-
нием земель или практически не влияет на годовой сток исследуе-
мых водосборов или на одних водосборах имело место умень-
шение стока, на других — увеличение. Причем такие выводы
получены преимущественно для рек Белоруссии, Украины, Прибал-
тики и северо-запада ЕТС [62, 83, 134, 165, 183]. Например, выпол-
ненное в ГГИ исследование влияния осушения на годовой сток
29 мелиорированных водосборов Северо-Запада показало, что после
осушения заметных изменений этой характеристики не произошло.
Этот вывод относится как к малым, так и к средним водосборам
площадью в несколько тысяч квадратных километров, имеющим
площадь осушения до 12 % площади водосбора.
Многие авторы получили выводы о существенном уменьшении
годового стока рек после проведения осушительных мелиораций;
эти выводы относятся к бассейнам Украинского Полесья [128, 147,
220], Прибалтики [278], Белоруссии [115] и Центральных районов
европейской части СССР [107]. Например, по данным Г. П. Ку-
бышкина [147], в результате осушения пойменных болот выявлено
уменьшение годового стока на многих реках Украины па 25—50 %,
объем весеннего половодья чаще всего также уменьшается, хотя
в отдельных случаях наблюдается и некоторое повышение; мак-
симальные расходы могут оставаться неизмененными, увеличи-
ваться или уменьшаться (на 20—65 %). По оценкам С. М. Псре-
хреста, сделанным в начале 70-х годов [220], в среднем по
бассейну Верхнего Днепра в результате осушения болот с регули-
рованием стока следовало ожидать уменьшения годового стока
в маловодные годы 95 %-ной обеспеченности на 18—20%, в сред-
немаловодные годы на 15—18 % и в средние по водности годы па
12—15%.
Следует отмстить, что более поздние исследования данных
фактических наблюдений за стоком Верхнего Днепра показали, чт
колебания его связаны с климатическими факторами и умень
ния стока не происходит несмотря на расширение масшта ов у
шительных мелиораций, сооружение прудов и водохранилищ | ,
298]. По данным [43], водоносность Днепра и других рек под влш -
нием осушения болот и заболоченных земель в Полесье и днепров-
ских верховьях даже увеличилась в целом на 2—3 %.
126
Авторы, получившие выводы об уменьшении годового стока по-
сле проведения осушительных мелиораций, обычно объясняют это
явление повышением суммарного испарения осушенных и освоен-
ных под сельскохозяйственные культуры болот и заболоченных зе-
мель, резким увеличением аккумулирующей емкости на осушенных
территориях и прилегающих склонах, оттоком части подземных
вод в нижележащие минеральные грунты, изменением механизма
стекания поверхностных и грунтовых вод с мелиорируемой терри-
тории.
При исследовании колебаний стока мелиорируемых водосборов
наиболее одинаковые выводы получены в отношении изменений
меженного стока, минимальных расходов воды и внутригодового
распределения стока. Согласно исследованиям многочисленных
авторов по различным районам СССР и зарубежным странам [38,
43, 62, 107, 128, 134, 180, 208], осушение способствует существен-
ному выравниванию внутригодового распределения стока — увели-
чению минимальных расходов воды и стока за меженные периоды,
что объясняется улучшением процесса стекания поверхностных
и подземных вод в преобразованную русловую сеть и увеличением
общего объема зоны аэрации на мелиорированных территориях.
Такие выводы поддерживают даже те авторы, которые являются
сторонниками значительного уменьшения среднего годового стока
рек при проведении осушительных мелиораций в бассейнах. Сте-
пень изменения минимального и меженного стока зависит от усло-
вий грунтового питания массива, типа болота, способа осушения.
Поданным работ [81, 181], минимальный сток с болот после осу-
шения увеличивается примерно в 1,/ раза при редкой осушитель-
ной сети и в 2,2—3,8 раза при густой сети на верховых торфяных
болотах. По исследованиям К. А. Клюевой и 10. М. Покумейко
[134], средние минимальные суточные и месячные летние значения
стока увеличились на 32 из 50 исследуемых речных водосборах Бе-
лоруссии с осушенными низинными болотами, причем наибольшее
увеличение составило 200 %, наименьшее — 25 %• Увеличение
летне-осеннего меженного стока рек Белоруссии после осушения
составляет, по данным А. Г. Булавко и К. А. Клюевой [38, 134],
от 16 до 200 %.
Других взглядов в отношении влияния осушения на минималь-
ные расходы и меженный сток придерживается В. Ф. Шебеко
[287]. Она считает, что увеличение минимального и меженного
стока после осушения может иметь место лишь в условиях обиль-
ного грунтового питания болот; если этого нет, то указанные ха-
рактеристики стока практически не изменяются. По мнению
С. М. Новикова [208], с этим трудно согласиться, поскольку при
осушении и регулировании русел рек-водоприемников даже в усло-
виях необильного грунтового питания происходит усиление дрени-
рующей способности этих рек, что обычно приводит к увеличению
их минимального и меженного стока.
Анализируя стоковые характеристики естественных и осушен-
ных водосборов, наиболее разноречивые выводы получены в отно-
127
шении влияния осушения на максимальный сток весеннего поло-
водья и дождевых паводков. Для самых разных регионов страны
и водосборов одни исследователи приводят выводы о значитель-
ном (на 10—60%) уменьшении максимальных расходов весеннего
половодья и дождевых паводков после осушения [38, 107, 134, 147,
180 и др.], для других водосборов (нередко расположенных по со-
седству с первыми) полученные выводы имеют прямо противопо-
ложный характер, в частности, увеличение максимумов весеннего
половодья на 20—120 % [134, 180, 183, 256, 278, 348]. Наконец,
в ряде работ [134, 180, 287] показаны убедительные примеры от-
сутствия сколько-нибудь заметного изменения максимальных рас-
ходов весеннего половодья и дождевых паводков после проведения
осушительных мелиораций. При этом разноречивые выводы по
влиянию осушения болот и заболоченных земель па максимальные
расходы воды нередко получены одними и теми же исследовате-
лями для разных водосборов в пределах рассматриваемого ре-
гиона. Например, по наиболее полным исследованиям К. А. Клюевой
и Ю. М. Покумейко [134], выполненным для 50 мелиорированных
водосборов Белоруссии путем сравнения их стоковых харак-
теристик с данными контрольных водосборов, оказалось, что мак-
симальные расходы после осушения на 17 водосборах увеличились
на 30—118 %, на 8 водосборах уменьшились на 11—55 %, па
остальных водосборах практически остались без изменений. При
этом исследователями отмечено, что изменения максимальных рас-
ходов не дают четко выраженных зависимостей ни с площадями
водосборов и осушенных территорий, пи с водностью рек, пи с из-
менением длины русла и густоты гидрографической сети па водо-
сборе после проведения осушительных мелиораций.
Приведенные различными авторами столь разные выводы
о влиянии осушительной мелиорации на максимальный сток хо-
рошо подтверждают теоретические выводы К. Е. Иванова [112,
113], полученные более 20 лет назад, который показал, что па
мелиорируемых болотах максимальные расходы воды формиру-
ются под влиянием нескольких основных факторов. С одной сто-
роны, значительно большая зона аэрации осушенных болот вызы-
вает увеличенные потери талых и дождевых вод, что способствует
уменьшению максимальных расходов. С другой стороны, наличие
развитой искусственной гидрографической сети на мелиорируемых
землях значительно увеличивает скорости стекания и улучшает
сброс воды в русло, что обусловливает формирование высоких
максимумов, важное значение имеет также разница в коэффициен-
тах фильтрации естественных и осушенных болот. В результате
сложного сочетания этих трех разнозначных факторов и происхо-
дит в одних случаях увеличение, в других___уменьшение макси-
мального стока. J J
Аналогичные выводы о неоднозначности влияния осушения и
последующего освоения болот па максимальные модули дождевых
паводков неоднократно высказывались В. Ф. Шебеко и другими
исследователями 134, 208, 287] и с ними трудно нс согласиться.
128
К этому следует добавить, что применяемые многими авторами
методы аналогии или контрольных водосборов мало пригодны для
оценки изменений максимальных расходов воды весеннего поло-
водья и особенно дождевых паводков, значения которых в значи-
тельной степени зависят от особенностей каждого конкретного во-
досбора.
Таким образом, несмотря па огромное количество выполненных
за последие 40—50 лет работ, посвященных анализу многолетних
колебаний стоковых характеристик осушенных водосборов, с их
помощью не удалось получить научных, физически обоснованных
количественных выводов по влиянию осушения на речной сток
в разных физико-географических условиях и тем более подготовить
рекомендации по прогнозу возможного влияния планируемых осу-
шительных мелиораций на водный режим и окружающую среду.
Полученные выводы практически по всем характеристикам стока
различаются не только в количественном отношении, но и по на-
правленности процесса, а самое главное не удалось выявить
сколько-нибудь надежных зависимостей значений изменений от фи-
зико-географических и морфологических характеристик водосборов,
типа болот и заболоченных земель, способов и масштабов мелио-
раций, расположения осушенных массивов па водосборе и других
факторов.
На наш взгляд, это прежде всего объясняется большой слож-
ностью процесса влияния осушения на речной сток, который зави-
сит от множества факторов, выявить роль которых практически
невозможно при наличии сравнительно коротких рядов наблюде-
ний, тем более что осушение может по-разному влиять па стоковые
характеристики в зависимости от водности года и периода времени,
которое прошло после проведения мелиоративных мероприятий.
Не в малой мере разноречивость выводов зависит от несовершен-
ства применяемых методических приемов оценки и недостаточной
точности и корректности необходимых данных. Большинство полу-
ченных результатов основано на сопоставлении за сравнительно
короткие периоды данных наблюдений за стоком мелиорируемых
водосборов и водосборов-аналогов или контрольных водосборов,
выбор которых представляет немалые трудности и производится
весьма субъективно и довольно формально. При этом иногда даже
оказывается что одни и те же водосборы одними авторами прини-
маются в исследованиях как ненарушенные, контрольные, а дру-
гими— как мелиорируемые; естественно, что ни о каких падежных
выводах здесь не может быть и речи.
В условиях воздействия на речной сток мелиорируемых водо-
сборов множества различных факторов для выявления статистиче-
ски значимых зависимостей от этих факторов основных стоковых
характеристик требуется тщательный анализ огромного материала
наблюдений. Такого материала в настоящее время явно недоста-
точно и об этом весьма убедительно свидетельствуют результаты,
Полученные белорусскими авторами в монографии [183]. Они по-
пытались обобщить результаты оценок изменений речного стока
9 Заказ № 159
129
после осушения для многих десятков речных водосборов Белорус-
сии, Прибалтики, Украинского Полесья, Северо-Запада РСФСР,
Мещерской низменности и Дальнего Востока с площадями водо-
сборов от 1 до 13300 км2; причем мелиорированные земли для них
составляли от 1 до 95 %. Анализ изменений годового стока выпол-
нен для 148 водосборов, средних максимальных расходов весен-
него половодья (на 83 водосборах), объемов весеннего половодья
(на 57 водосборах), минимальных суточных расходов воды (на
48 водосборах). В результате анализа столь обширного материала
авторы делают следующие выводы:
— количественные характеристики изменений речного стока
индивидуальны для каждого водосбора и зависят от стока,
физико-географических условий, характера заболоченности
и типа болот, масштабов и способов осушения и последую-
щего использования мелиорируемых земель; в одних соче-
таниях эти факторы незначительно влияют на сток, в дру-
гих — очень сильно;
— сложность явления, многофакторность связей и недостаток
информации не позволяют пока установить какие-либо об-
щие количественные зависимости изменений стока после
проведения осушительных мелиораций.
Для суждения о каких-то количественных изменениях стока
мелиорируемых водосборов авторы считают возможным лишь при-
вести сводные данные полученных коэффициентов изменений /<Пзм,
представляющих собой отношение значения измененной стоковой
характеристики к восстановленному (естественному) стоку.
При этом значения /<113м даются для трех градаций: /Спзм^
^0,85— уменьшение стока, /<Изм^1,16— увеличение стока, /СПзм =
= 0,864-1,15—изменения стока не являются достоверно установ-
ленными и их следует рассматривать лишь в качестве тенденции.
В табл. 4.6 представлены обобщенные [183] по многим водо-
сборам данные об изменениях речного стока после проведения осу-
шительных мелиораций — число водосборов, па которых получены
те или иные значения /<шм (по трем градациям) по тем или иным
характеристикам измененного стока. В соответствии с приведен-
ными данными на большинстве водосборов изменения средних рас-
ходов воды за год, за весеннее половодье, максимумов весеннего
половодья находятся в пределах ±15 %, в то время как меженные
и минимальные расходы воды на большей части исследованных
водосборов увеличились после осушения более чем па 15 %.
В 50-е годы наряду с анализом характеристик стока осушенных
речных водосборов за многолетний период стало интенсивно раз-
виваться другое направление исследований, связанное с изучением
динамики составляющих водного баланса, прежде всего испаре-
ния, на мелиорируемых болотах и минеральных почвах. Естест-
венно, что достоверные данные об изменении испарения после осу-
шения могли бы явиться основой для надежной оценки и про-
гноза изменений главной стоковой характеристики — среднего го-
дового стока речных бассейнов. Следует отметить, что общее коли-
130
Таблица 4.6
Данные об изменениях речного стока после проведения осушительных
мелиорации
Характеристика стока Количество исследован- ных водосбо- ров Абсолютное количество водосборов Относительное количество водосборов, %
эм
<0,85 0,86-1,15 > 1,16 <0,85 0,86-1,15 > ’,16
Средние годовые расходы воды 148 12 107 29 8 72 20
Средние макси- мальные расходы весеннего полово- дья 83 17 56 10 20 68 12
Объем весеннего половодья 57 6 38 13 11 66 23
Летне-осенняя межень 17 7 10 — 41 59
Зимняя межень 14 2 г** о 7 14 36 50
Минимальные су- точные расходы воды 48 13 35 - 27 73
чество опубликованных работ по оценке изменений составляющих
водного баланса осушенных болот значительно меньше, чем работ,
посвященных изменению стока мелиорируемых водосборов. Это
объясняется тем, что в первом случае используются данные экспе-
риментальных наблюдений весьма ограниченной сети специализи-
рованных станций Госкомгидромета СССР и Минводхоза СССР,
в то время как во втором — достаточно обширный и доступный
материал наблюдений опорной сети Госкомгидромета СССР.
Вопросы изменений испарения при проведении осушительных
мелиораций представлены в работах, выполненных в ГГИ и
БелНИИМиВХа: К. Е. Ивановым, В. В. Романовым, С. М. Нови-
ковым, Л. Г. Бавиной, И. Л. Калюжным, С. И. Харченко, К. И. Хар-
ченко, Е. Л. Балясовой, В. Ф. Шебеко и некоторыми другими авто-
рами [208]. В этих же работах выполнены оценки изменений при
осушении уровней грунтовых вод, водно-физических свойств почв,
стока с осушаемых массивов. Одними из первых работ по рассмат-
риваемому направлению и, пожалуй, наиболее детальными и не
потерявшими своего значения до настоящего времени были работы
В. В. Романова и К. Е. Иванова [240, 241].
Еще в 1956 г. Романовский и Иванов, исследуя водный баланс
осушенных низинных болот Белорусского Полесья, пришли к об-
щему выводу [240], что норма испарения годового стока в резуль-
тате осушительной мелиорации не изменится при использовании
осушенных болот под интенсивное сельскохозяйственное производ-
ство с высокой агротехникой и регулируемым водным режимом
почвы. Однако при этом существенно изменится внутригодовое
9*
13Г
распределение составляющих водного баланса. Несколько позднее
В. В. Романов конкретизировал полученные выводы, доведя их до
положений, которые в общем не изменились до настоящего вре-
мени. Эти выводы сводятся к следующему [208, 241]: нормы испа-
рения с осушенных, но неосвоенных болот значительно ниже, чем
с неосушенных; при осушении болот с последующим использова-
нием их в сельском хозяйстве норма испарения изменяется незна-
чительно— для многолетних трав она иа несколько процентов
выше, а для яровых культур — па несколько процентов ниже, чем
с неосушенных низинных болот; испарение с сельскохозяйственных
культур на осушенных болотах в летние месяцы во всех районах
ЕТС больше осадков; в годы с различными погодными условиями
изменчивость испарения невелика—10—13 %; в самые засушли-
вые годы даже в достаточно обеспеченных влагой районах (При-
балтика, Северо-Запад, БССР) потребности сельскохозяйственных
культур в воде нс могут быть покрыты за счет осадков и запасов
влаги в верхних слоях торфяной залежи.
Результаты более поздних исследований большинства других
авторов в пашей стране и за рубежом в общем подтвердили при-
веденные выводы с некоторой детализацией по регионам, типам
болот, видам сельскохозяйственных культур. Так, согласно
В. Ф. Шебеко [286, 287], выполнившей в Белоруссии наиболее
полные и детальные экспериментальные исследования водного ба-
ланса естественных и осушенных болот, сразу же после осушения
болот увлажненность почвы в связи с понижением уровней грун-
товых вод резко снижается и при наличии естественного болотного
травостоя суммарное испарение уменьшается в среднем па 10—
15 %, а за отдельные месяцы до 40 %. По мере освоения осушен-
ных болот под сельскохозяйственные культуры суммарное испаре-
ние снова увеличивается и может стать значительно большим, чем
до осушения. Близких по количественным результатам выводов
придерживаются и многие другие исследователи, в частности
Л. Г. Бавина, И. М. Нестеренко, С. М. Новиков [62, 201, 206, 208].
Аналогичные результаты получены при осушении заболоченных
лесов [180, 342]: непосредственно после осушения и снижения
уровня грунтовых вод испарение уменьшается, но затем по мерс
интенсификации роста древесной растительности существенно уве-
личивается.
Несколько иные выводы о влиянии осушения и освоения болот
получены Н. П. Хомицким для Припятских болот [277] и И. И. Бор-
тиным для Дальнего Востока [21]. По данным Хомицкого осу-
шение и освоение болот под многолетние травы уменьшает пспаре
ние примерно на 14 %, по данным Бортина уменьшение испарения
после осушения во влажные годы составляет 10—16 %» в засуш-
ливые— 4—9 %. Указанные результаты, по-видимому, отражают
какие-то местные особенности болот и условия проведения экспе-
риментальных наблюдений: подстилающие поверхности болот, про-
должительности периода их затопления, укосы трав, способы опре-
деления испарения и т. п.
132
Приведенные выше выводы относятся к осушению и последую-
щему освоению болот; что касается осушения переувлажненных
минеральных почв, то для них процессы изменения составляющих
водного баланса, и в частности испарения, существенно различа-
ются. Проведенные (в основном для республик Прибалтики и Се-
веро-Запада) экспериментальные исследования [120, 208, 270]
показывают, что дренирование переувлажненных земель приводит
к уменьшению испарения на 10—20%, в отдельные засушливые
годы до 30 %. Это объясняется снижением уровня грунтовых вод,
быстрым сбросом весенних и дождевых вод через осушительную
сеть, уменьшением влагозапасов в верхних горизонтах почвогрун-
тов. Уменьшение испарения с дренированных земель сопровожда-
ется заметным увеличением стока с них.
Надежные данные об изменении суммарного испарения с осу-
шенных болот и переувлажненных земель представляет большой
практический интерес, поскольку при очевидной неизменности осад-
ков они определяют динамику среднего годового стока и общей
обводненности территорий при проведении осушительных мелио-
раций.
Третье направление исследований влияния осушения па сток
рек заключается в изучении изменений водно-физических и гидро-
логических свойств почвогрунтов, а также физических условий сте-
кания влаги с болот до и после их осушения. Это направление
исследований было заложено еще в 50-е годы в ГГИ К. Е. Ивано-
вым [112] и затем развито и доведено до практического примене-
ния в последующих работах этого автора и его учеников [ИЗ, 114,
76, 81, 219]. К этому же направлению можно отнести многие ра-
боты В. Ф. Шебеко, С. И. Харченко и некоторых других авторов
[272, 286, 287]. Указанное направление исследований весьма
важно в практическом плане, поскольку позволяет подойти к раз-
работке физически обоснованных методов расчета послсмелиора-
тивных изменений максимальных и минимальных расходов воды,
для чего применение водиобалансовых методов и анализа много-
летних колебаний характеристик речного стока не может дать на-
дежных результатов.
К. Е. Иванов разработал метод расчета изменений максималь-
ных модулей стока с болотных массивов при их осушении с ис-
пользованием так называемого коэффициента преобразования
стока, представляющего собой отношение модуля стока после осу-
шения и освоения болотного массива к модулю стока до проведе-
ния осушительных мелиораций. Коэффициент преобразования при-
меним для максимумов весеннего и дождевого стока и опреде-
ляется по довольно сложной формуле, учитывающей площадь
осушения, длину контура и осушительной сети, коэффициенты
фильтрации и водоотдачи торфяной залежи до и после осушения,
уклоны поверхности массива до осушения и поверхности грунтовых
вод вблизи осушителей.
Рассчитанные значения коэффициентов преобразований для
«отдельных осушенных массивов дают возможность оценить изме-
133
нения максимального стока заданной обеспеченности и со всего
речного водосбора (см. п. 4.2.3). Необходимые параметры для
расчета коэффициентов преобразований рекомендуется определять
по материалам специальных изысканий, при отсутствии последних
значения коэффициентов можно приближенно оцепить по специаль-
ным таблицам [62, 81] в зависимости от типа болот, расстояний
между осушителями и модуля максимального стока с болотного
массива до его осушения. В соответствие с общими выводами
К. Е. Иванова значения коэффициента преобразования увеличи-
ваются с уменьшением максимального модуля стока с неосушеи-
иого болота, а также расстояния между осушителями и с увеличе-
нием коэффициента фильтрации осушенной торфяной залежи. Та-
ким образом, в результате осушения, по К. Е. Иванову, низкие
максимальные расходы (частой повторяемости), как правило, уве-
личиваются в 1,2—3,1 раза, а очень высокие (редкой повторяемо-
сти) могут уменьшаться в 2—6 раз.
Дальнейшее обоснование и развитие методика К. Е. Иванова
получила в работах его учеников И. Ф. Гелеты [76] и А. В. Паку-
тина [219]. В работах Пакутипа предлагается модель расчета гид-
рографа стока с болотного массива в естественных условиях и по-
сле осушения, позволяющая оцепить послемелпоративпые измене-
ния максимального стока для реальной гидрометеорологической
ситуации, для различных типов болотного ландшафта и заданных
параметров осушительной сети.
Методика Иванова до настоящего времени является наиболее
обоснованной для практического использования при оценке влия-
ния осушительной мелиорации на сток с болот и включена в ме-
тодические рекомендации и инструкции [62, 81]. К числу недостат-
ков метода следует отнести трудности ее применения в условиях
обильного грунтового питания болотного массива и его изменения
после осушения, необходимость иметь детальные эксперименталь-
ные данные по водно-физическим свойствам торфяной залежи до
и после осушения, недостаточную физическую обоснованность при
расчетах послемслпоратпвных изменений характеристик макси-
мального стока очень редкой повторяемости, формирующегося
при исключительных сочетаниях основных стокообразующих фак-
торов.
На основе обобщения многолетних данных наблюдений на ме-
лиорируемых водосборах для расчета максимального весеннею,
предпосевного и посевного стока с осушенных болот В. Ф. Шебеко
[286, 287] предложен целый ряд эмпирических формул. Формулы
Шебеко применяются в проектной практике и позволяют рассчи
тать с той или иной достоверностью стоковые характеристики о<у
шейных территорий в довольно широком диапазоне изменении сте-
пени и характера осушения. Однако эти формулы включают боль-
шое число эмпирических коэффициентов и параметров (например,
в зависимость для максимальных модулей весеннего половодья
входят 11 независимых параметров), которые на практике трудно
определимы и имеют недостаточно ясный физический смысл.
включают боль-
таточио ясный физический смысл.
134
По мнению К- Е. Иванова [113], основными недостатками фор-
мул Шебеко являются: а) чрезвычайно сложная, физически недо-
статочно обоснованная структура формул; б) наличие физических
параметров, информация по которым отсутствует или требует спе-
циальных исследований; в) трудности определения применимости
и надежности предлагаемых зависимостей в районах с иными
природными условиями чем те, для которых они получены.
С. И. Харченко [272] предложил способ оценки изменений
объема паводочного стока с мелиорируемых сельскохозяйственных
полей и территорий на основе учета преобразований элементов
водного баланса и водно-физических характеристик почвогрунтов.
Способ рекомендуется для определения стока с сельскохозяйствен-
ных полей и малых водосборов с однородными почвогрунтами.
Практически предлагаемый способ недостаточно опробирован и
применение его встречает большие сложности ввиду необходимости
определения водно-физических свойств почвогрунтов, имеющих
большую изменчивость во времени и по территориям.
Описанные выше результаты и выводы многих авторов, полу-
чение в совокупности по трем основным направлениям исследова-
ний влияния осушительных мелиораций на речной сток, связанным
с изучением динамики характеристик стока мелиорируемых водо-
сборов за многолетний период, водного баланса естественных и
осушенных территорий, изменений физических закономерностей
стекания воды и водно-физических свойств почвогрунтов после
осушения, в целом позволили сформулировать достаточно надеж-
ные современные представления о возможных последствиях воз-
действия осушительных мелиораций в лесной зоне на различные
характеристики речного стока, хотя в количественном отношении
по ряду позиций выводы пока нс столь определенны, чем это тре-
буется для решения многих практических задач. Основные методы,
применяемые для оценки и прогноза изменений стока рек при про-
ведении осушительных мелиораций, и общие современные пред-
ставления о влиянии осушения на различные характеристики реч-
ного стока и на окружающую среду изложены ниже.
4.2.3. Методы оценки влияния осушения на речной сток
Наиболее широкое применение для оценки изменений речного
стока под влиянием осушительных мелиораций получили методы
гидрологической аналогии (см. и. 2.3), что объясняется главным
образом наличием обширной гидрологической информации по реч-
ным бассейнам в районах массового развития осушительных ме-
лиораций.
Методы аналогов или контрольных водосборов многими авто-
рами используются применительно ко всем характеристикам реч-
ного стока — годовому и сезонному стоку, внутригодовому распре-
делению, минимальным и максимальным расходам воды. Из всех
видов хозяйственной деятельности, пожалуй, именно для оценки
влияния осушения метод аналогии получил’самое широкое раенро-
135
страпение. Одним из основных критериев подбора аналогов явля-
ется наличие достаточно тесной связи между рассматриваемыми
характеристиками речного стока в естественном состоянии. При
этом для количественной оценки происшедших изменений метод
аналогов применяется и в виде парной и множественной корреля-
ции (2,15 и 2,16) н в виде связи интегральных величин (2,17). Не-
которые авторы [147], помимо данных о стоке исследуемого и кон-
трольного водосборов, используют и сведения о годовых осадках
сравниваемых водосборов.
Следует отметить, что метод аналогии более всего применим
для оценки изменений годового и сезонного стока, в какой-то сте-
пени для минимального и меженного стока. Что касается макси-
мальных расходов воды, особенно редкой повторяемости, то вряд
ли можно получить достоверные результаты, используя материалы
даже по хорошо подобранному аналогу. Ограничения и недостатки
метода аналогии изложены в п. 2.3. Они в полной мере относятся
и для случаев оценки влияния на сток осушительных мелиораций.
Значительно меньше применяются для оценки влияния осуше-
ния на сток зависимости последнего от метеорологических факто-
ров, что, по-видимому объясняется существенными трудностями по-
лучения таких зависимостей с высокими коэффициентами корреля-
ции (см. п. 2.4). Обычно используются зависимости годового стока
от годовых осадков [38, 147] или от индекса сухости [180], кото-
рый, помимо осадков, косвенно учитывает и влияние на сток испа-
рения. Как и в предшествующем случае, метод применим только
к характеристикам стока, осредпенным для продолжительных ин-
тервалов времени (год, сезон), для оценки изменений минималь-
ного и максимального стока он не может быть использован.
Использование методов аналогии и зависимостей стока от ме-
теорологических факторов не позволяет, как это было показано
выше, надежно оценить влияние осушения па сток и тем более
дать прогноз изменений на перспективу, что крайне необходимо
при планировании осушительных мелиораций и мероприятий по
охране окружающей среды на мелиорируемых территориях.
Для оценки и прогноза изменений среднего годового стока
средних и больших рек под влиянием осушения используется при-
ближенный водпобалапсовый метод, разработанный в ГГИ [206].
Этот метод учитывает хорошо известное положение, что осушение
болот и заболоченных земель приводит к изменению среднего го-
дового стока в замыкающих створах средних и больших рек, дре-
нирующих все категории грунтовых вод, с одной стороны, за счет
сработки вековых запасов подземных вод, а с другой — в резуль-
тате изменений суммарного испарения на осушенных территориях
при замене болотной растительности сельскохозяйственными куль-
турами. Первый фактор способствует временному повышению
стока, второй —как правило наоборот, уменьшает сток за счет
некоторого повышения испарения с осушенных и освоенных земель
при создании оптимальных условий для развития сельскохозяйст-
венных культур.
136
Таким образом, изменение годового стока реки под влиянием
осушения и освоения болот ДУОС устанавливается по равенству
ДУ ос == Д^дз -j- Д2?ос, (4.6)
где Д5ВЗ — объем сработки вековых запасов подземных вод;
Д£Ос — объем потерь воды за счет изменения испарения в бас-
сейне в результате осушения.
Величина ASB3 км3 с мелиорируемых водосборов определяется
по формуле
Д5вз = (Лб^б.ос +/^ухЛ:ух) • 10-3, (4.7)
где ha — слой сработки болотных вод, м; Асух— слой сработки
грунтовых вод с осушенных суходолов, м; Fc. ос, Асух— соответст-
венно площади осушенных болот и заболоченных земель на водо-
сборе (км3) и прилегающих к ним суходолов, находящихся под
влиянием осушения, км2.
Слой сработки болотных вод ha рассчитывается по следующей
схеме:
а. Вычисляется осадка торфяной залежи (ДИ0С м) в результате
осушения (по эмпирической формуле АД. Панадиади) и количе-
ство воды h0, содержащейся в этом слое до начала мелиоративных
работ:
AZoc=3 0,18/<tZ?’35/k’G4, (4.8)
ho = Д7ОГССТ, (4.9)
где ZT — мощность торфа до осушения, м; /к — глубина каналов, м;
Кт — коэффициент, зависящий от плотности торфа (для плотных
торфов Кт=1,0, для средних —/<т= 1,4 и для рыхлых /<т = 2,0ч-2,7);
Гест — объемная влажность торфяной залежи в естественном со-
стоянии болота.
б. Определяется слой воды hw, срабатываемый в русловую сеть
в результате уменьшения влажности верхнего слоя залежи при
снижении уровня воды на болоте:
hW = &Нб (Гест - Гос),
(4.10)
Д//б == (//ест /7ос)>
где //ест и Нос — средние годовые уровни болотных вод соответст-
венно до и после осушения, м; Гос — объемная влажность торфя-
ной залежи после осушения.
в. Определяется слой сработки запасов болотных вод
ha = h0 4- Au'. (4.11)
Слой воды Лсух, стекающей с единицы площади прилегающих
к осушительной системе суходолов, рассчитывается по соотноше-
нию
Асух --- Л//сух!1,
(4.12)
137
где Д//сух — среднее значение снижения уровня грунтовых вод на
прилегающих участках суходола, м; ц— коэффициент водоотдачи
почвогрунтов.
Значение Д7/Сух определяется по данным наблюдений за уров-
нями грунтовых вод на территориях, прилегающих к осушенным
болотам, оно прежде всего зависит от снижения уровня на самом
болоте Д£с.
Наибольшие трудности при использовании формулы (4.7)
имеют место при определении величин Д/7Сух и £Сух-
Площадь суходолов FCyx, находящихся под влиянием осушения,
естественно, прежде всего определяется шириной зоны влияния
мелиораций на окружающие территории, которая в зависимости
от гидрогеологических условий изменяется по данным различных
авторов [208, 287] от 1 до 7 км. Обобщение имеющихся данных
наблюдении, выполненное Шебеко, позволило ей составить обоб-
щенную таблицу среднегодовых расчетных значений ширины зоны
влияния при снижении уровня воды на болоте на 1,0—1,5 м для
различных грунтов прилегающих территорий [287]; ширина зоны
в этой таблице изменяется от 0,5 до 4,0 км. Указанные данные
могут быть использованы при определении приближенных значе-
ний Д//Сух и УСух- Для самых ориентировочных расчетов примени-
тельно к средним и большим водосборам, имеющим самые различ-
ные массивы осушенных болот и заболоченных земель, может быть
принято соотношение: УСух= 1,54-2,5 Fc,oc.
Объем потерь воды за счет изменения испарения в бассейне
(Д£ос, км3) определяется по формуле
ДЕОС = (Ёб — £б. ос) Foc • 10-G, (4.13)
где Ёа, Ёб.ос — испарение соответственно с естественных (неосу-
шенных) и осушенных болот, мм; £Ос — площадь осушенных зе-
мель, км2.
Расчет испарения с естественных и осушенных болот произво-
дится для теплого периода года но данным специальных наблю-
дений. При отсутствии последних расчет среднего многолетнего
испарения с естественных болот выполняется ио формуле
Ёб = ршЁ0, (4.14)
где Ео — средняя многолетняя испаряемость, определяемая по дан-
ным ближайших метеостанций, мм; т— коэффициент перехода от
испаряемости, определенной по данным метеостанций, к испаряе-
мости, рассчитанной по данным наблюдений на болотной метео-
станции; р — эмпирический коэффициент, равный отношению из-
меренного значения испарения с естественных болот к рассчи-
танной.
Значение £0 определяется в соответствии с рекомендациями
[235], а т и р — по табл. 4.7. Испарение с осушенных и освоен-
ных болот определяется по зависимости
У-б. ОС ^Ef),
(4.15)
138
где k — коэффициент, учитывающий изменения испарения с мелио-
рируемых площадей за теплый период года, определяется по
табл. 4.7.
Таблица 4.7
Значения коэффициентов т, р, k
Тип болота * Характер освоения болот т р k
Центр выпуклого олиготрофного болота (грядово- мочажинный ком- плекс) Торфодо- быча 1,0.2 0,86 1,10
Переходное Многолет- ние травы 0,98 0,85 1,13
Низинное Многолет- ние травы 0,92 0,78 1.0
Окраина верхо- вого болота Лесомелио- рация 0,92 1,00 0,88
Для перехода от испарения и испаряемости с осушенных и
освоенных под многолетние травы болот к испарению и испаряемо-
сти с участков с различными сельскохозяйственными культурами
можно использовать осредненные данные, приведенные в табл. 4.8
[235].
Таблица 4.8
Значение коэффициента /<с* за теплый период
Культура Для испаряе- мости Для испарения
Яровые зерновые 1,04 1,05
Капуста, сахарная свек- 0,90 0,97
ла Кукуруза 0,91 1,00
Картофель 0,76 0,86
Конопля 0,91 1,12
Открытая почва 1,14 0,90
Примечая и е. Кс=ЕК/ЕМ тр; Ек — искомое сум-
марное испарение пли испаряемость культурой; Емтр—
суммарное испарение или испаряемость многолетними
травами.
При оптимальном увлажнении почвы мелиорируемых террито-
рий нормы испарения с территории, освоенной под многолетние
травы, увеличивается на 12 % по отношению к норме испарения
с иеосушенных низинных болот, освоенных под яровые зерновые
на 16%, капусту на 4 %. Испарение с территорий, занятых иод
139
картофель, даже при оптимальном увлажнении будет на 17 %
меньше испарения с естественных болот.
Для оценки происшедших и ожидаемых в перспективе измене-
ний максимальных расходов воды под влиянием осушения наи-
большее практическое применение получила упомянутая выше ме-
тодика К. Е. Иванова, которая включена в методические пособия
по гидрологическим расчетам при осушении болот и заболоченных
земель [68, 81] и довольно широко используется до настоящего
времени.
По методике Иванова расчет максимального стока снегового и
дождевого происхождения производится по соотношению
Л4ос Р % — 77максЛ4р %, (4.16)
где Л1ос р% — модуль максимального стока расчетной обеспечен-
ности с осушенного массива; Мр% — модуль стока гой же обеспе-
ченности с массива в естественном состоянии; 77МЯкс — коэффици-
ент преобразования максимальных модулей под влиянием осу-
шения.
Коэффициент преобразования Пмяцс определяется по формуле
________________________ 1ре/Fос (f Космос) / л 1*7 у
макс / / г? / „ ; \ > (*•*'/
* ' ос (&ссЛ дг* )
где Кос — площадь осушенного болотного массива; /ое — удвоен-
ная длина всех осушителей (открытых канав пли, при наличии за-
крытого дренажа, закрытых дрен); I — длина контура стекания
поверхностных вод с болотного массива в естественном состоянии;
Кос — средний коэффициент фильтрации осушаемой торфяной за-
лежи; К,»— средний коэффициент фильтрации деятельного гори-
зонта в фильтрующем слое неосушепного болота; е— средний ко-
эффициент водоотдачи торфяной залежи естественного болота;
Еос — то же осушенного болота; i — средний уклон поверхности
естественного болотного массива до осушения в микроландшафтах,
примыкающих к контуру стекания; i(ic — средний уклон поверхно-
сти грунтового потока у осушителей.
Для практического использования формулы (4.17) рекоменду-
ется производить полевые определения средних значений коэффи-
циентов фильтрации и водоотдачи, а также уклонов на ранее осу-
шенных массивах того же типа, что и массивы, планируемые для
осушения. При отсутствии измеренных величин указанные харак-
теристики могут быть выбраны из специальных обобщающих таб-
лиц, составленных в ГГИ для различных типов микролапдшафтов
верховых и низинных типов болот лесной зоны европейской части
СССР и приводимых, в частности, в работах |62, 81].
При ос) шепни не всей площади болотного массива, а только
части его и сохранения остальной части массива в естественном
состоянии коэффициент преобразования /7, определяется по
формуле
^Лмакс — (^макс I) ~Р~--------|* I,
* б
(4.18)
140
где Foc — осушенная площадь болотного массива; Fa— полная
площадь болотного массива, для которого определен максималь-
ный модуль стока в неосушенном состоянии. При этом величина
ЯМакс определяется по формуле (4.17).
В самые последние годы методика К. Е. Иванова для максиму-
мов весеннего половодья получила значительное развитие в работе
одного из его учеников А. В. Пакутина, который существенно рас-
ширил возможности применения методики для различных гидроме-
теорологических условий, типов болотных ландшафтов и парамет-
ров осушительных систем. На основе разработок Иванова по рас-
четам стока с естественных и осушенных болот, используя извест-
ную методику П. П. Кузьмина по определению суточных значений
снеготаяния, Пакутип предложил модель расчета так называемой
функции преобразования стока весеннего половодья
фп = ^ = ф(0, 0.19)
где Фп — функция преобразования; I— время от начала расчета
весеннего половодья; Л40С, М. — модули стока гидрографа поло-
водья в момент t соответственно в условиях осушения и в естест-
венном состоянии.
Реализованная на ЭВМ модель предполагает следующий поря-
док расчета функции преобразования для любого болотного мас-
сива:
— по метеорологическим данным конкретного года рассчиты-
вается ход интенсивности снеготаяния (по Кузьмину);
— рассчитывается гидрографы весеннего половодья с болот-
ного массива в естественном состоянии (по Иванову);
— рассчитывается гидрограф весеннего половодья с болотного
массива в осушенном состоянии (по методу Иванова, усо-
вершенствованному Пакутиным), принимая фактические или
проектируемые параметры осушительных систем;
— за каждый момент времени t по (4.19) рассчитывается функ-
ция преобразования Фп.
Нетрудно видеть, что функция Фп зависит от гидрометеороло-
гических условий и режима весеннего снеготаяния и для каждого
конкретного года будет иметь свой вид. Для определения Пмакс не-
обходимо вычислить отношение наибольшего за весь период поло-
водья модуля дренажного стока к максимальному модулю стока
с болота в естественном состоянии, в общем случае максимумы
могут нс совпадать во времени наступления.
В качестве примера на рис. 4.8* и 4.9* показан ход темпера-
туры воздуха /возд, интенсивности снеготаяния, модулей стока с не-
осушенного М и осушенного Л40С массивов и функции преобразо-
вания Фп ДЛЯ лет с различным весенним максимальным модулем
стока в естественных условиях для многоводного 1968 г. (Р=12 %)
и маловодного 1970 г. (Р = 73 %).
* Рисунки 4.8 и 4.9 предоставлены автору А. В. Пакутиным.
141
Отметим, что в соответствии с предоставленными данными,
в многоводный год (рис. 4.8) весенний максимум с неосушенного
болота выше, чем с осушенного (ПмаКс = 0,86). В маловодный год
(рис. 4.9) 77Макс=1,56, т. е. с осушенного болота максимумы выше,
чем с неосушенного.
1965г.
Рис. 4.8. Преобразование гидрографа весеннего половодья в результате
осушения па сфагпово-кустарнпчково-пушицевом болотном массиве
в многоводный год (Р=12 %).
Параметры осушения: расстояние между осушителями 25 м, дно осушителей нахо-
дится на водоупоре (Т=0), Дф=0,001 см/с, £=0,1; /—естественные условия,
2— условия осушения.
Таким образом, результаты полностью совпадают с общими
выводами Иванова (см. выше), что и следовало ожидать, по-
скольку модель Пакутнна целиком базируется на его теоретиче-
ских представлениях.
Основные результаты использования приведенных выше мето-
дов для оценки изменений после осушения годового и максималь-
ного стока рек приводятся в и. 4.2.4.
4.2.4. Основные выводы о влиянии осушения болот и заболоченных земель
на гидрологический режим и окружающую среду
Анализ применяемых методических приемов и результатов мно-
гочисленных исследований ио оценке влияния осушения па гидро-
142
логический режим (несмотря иа их некоторую разноречивость),
в общем позволяют сделать следующие основные выводы о тенден-
циях изменении характеристик речного стока мелиорируемых во-
досборов в зонах избыточного и достаточного увлажнения.
Рис. 4.9. Преобразование гидрографа весеннего половодья в ре-
зультате осушения иа сфагиово-кустарииково-иушицевом болот-
ном массиве в маловодный год (Р=73 %).
Параметры осушения те же, что if на рис. -1.8.
Влияние осушительных мелиораций на осадки при существую-
щих в настоящее время и планируемых на ближайшую перспек-
тиву площадях мелиорируемых земель весьма незначительно и на-
ходится далеко в пределах точности измерения самих осадков. По
исследованиям ГГИ, в случае осушения и последующего освоения
практически всех заболоченных и переувлажненных земель Бело-
руссии и Прибалтийских республик годовые осадки увеличатся
лишь на 0,4—1,7 %. Таким образом, есть основания полагать, что
эта составляющая водного баланса не претерпевает сколько-ни-
будь заметных изменений при проведении осушительных мелио-
раций.
Влияние осушения на водный режим, водный баланс и в ко-
нечном счете па окружающую среду проявляется непосредственно
па мелиорируемой территории и на землях, прилегающих к осу-
шительным системам и через них в целом на речных водосборах.
143
Создание осушительных систем вследствие снижения уровней грун-
товых вод приводит к изменению увлажненности почвогрунтов, их
водно-физических свойств, режима испарения и транспирации с бо-
лотных ландшафтов и прилегающих суходолов. Изменение водного
режима болот и заболоченных земель под воздействием осушения
обусловливает и изменение стоковых характеристик речных водо-
сборов (нормы годового и сезонного стока, минимальных весенних
И дождевых расходов воды, минимального стока, внутригодового
распределения и др.). При этом влияние осушения на режим мел-
ких и крупных рек из-за различий в их дренирующей способности
может весьма существенно отличаться и даже сказывается в раз-
ных направлениях. Если мелкие реки, в бассейнах которых про-
водятся осушительные работы, по значению вреза русла часто со-
поставимы с глубиной осушительной сети, то в результате осуши-
тельной мелиорации водность их может весьма значительно изме-
ниться при практической неизменности стока крупных бассейнов,
в состав которых они входят. Но и при одинаковых площадях во-
досборов осушительная мелиорация по-разному сказывается на
водном режиме рек в зависимости от гидрогеологических, почвен-
ных и гидрографических условий водосбора, степени его заболо-
ченности и осушения, типа болот, способа и времени их мелиора-
ции; в одних случаях это влияние незначительно, в других прояв-
ляется вполне отчетливо.
На больших и средних речных водосборах, дренирующих все
категории подземных вод и являющихся гидрологически замкну-
тыми, в первые годы после осушения, как правило, происходит
заметное увеличение годового и сезонного стока, обусловленное
уменьшением суммарного испарения и сработкой запасов подзем-
ных вод. В дальнейшем при интенсивном сельскохозяйственном
освоении мелиорируемых земель режим стока становится более
выравненным, испарение увеличивается и годовой сток приближа-
ется к своему первоначальному значению и может даже несколько
уменьшиться. Значения изменений прежде всего определяются
масштабом развития осушительных мелиораций и характером
сельскохозяйственного освоения мелиорируемых земель.• Выпол-
ненные в ГГИ под руководством С. М. Новикова по методике, из-
ложенной в п. 4.2.3, оценки и прогноз изменений под влиянием осу-
шения среднего годового стока основных крупных рек СССР, где
этот фактор хозяйственной деятельности может быть хоть сколько-
нибудь значимым, приведены в табл. 4.9. По данным табл. 4.9 из-
менение годового стока рек под влиянием осушительных мелиора-
ций при наибольших масштабах их развития находится в пределах
±6—8 %; сначала годовой сток несколько увеличивается, а затем
имеет место тенденция его уменьшения по мере сельскохозяйствен-
ного освоения осушенных территорий.
Следует отметить, что использованная для опенки и прогноза
расчетная схема пригодна лишь для больших и средних речных
водосборов. На малых бассейнах, где глубина осушительного дре-
нажа сопоставима с врезом самих русел, изменение стока может
144
Таблица 4.9
Оценка и прогноз изменений годового стока рек СССР под влиянием
осушения и сельскохозяйственного освоения болот и заболоченных земель, %
Река—пункт F- 103 км2 Средний годовой сток, мм Год
1980 1985 1990 2000
Нева — пос. Новосаратовка 281 280 0,02 0,03 0,03 0,00
Зап. Двина — х. Липши 84,7 211 3,6 2,6 —0,14 —3,6
Неман — г. Смалининкай 81,2 208 6,4 2,8 —3,2 —7,9
Сев. Двина — с. Усть-Пинега 348 422 0,19 0,30 0,60 0,50
Печора — с. Усть-Цильма 248 444 0,02 0,04 0,08 0,08
Кама — г. Набережные Челны 370 232 0,21 0,60 0,50 0,40
Днепр — г. Киев 328 130 3,9 1,0 —0,80 —4,1
Волга — г. Волгоград 1360 194 0,71 0,54 0,21 —0,29
Припять — г. Мозырь 97,0 117 -0,62 —2,3 -4,9 —7,7
Березина — г. Бобруйск 20,2 184 4 3,2 1,1 0,05 —2,4
быть обусловлено не только учитываемыми при расчетах двумя
факторами (сработкой подземных вод и изменением суммарного
испарения), но и нарушением механизма стекания поверхностных
и грунтовых вод. Существенное влияние на изменение годового
стока малых рек при осушении болот может оказывать также из-
менение границ подземных водосборов рек. Степень влияния ука-
занных факторов на сток малых рек может быть различной не
только по значению, по и по направленности изменений. Наиболее
существенным является влияние осушительной мелиорации на ми-
нимальные расходы воды и внутригодовое распределение стока.
Минимальный сток с болотных массивов при их осушении возра-
стает, причем при редкой осушительной сети он увеличивается
в 1,5—1,8 раза, а при густой сети на верховых торфяных зале-
жах — в 2,2—3,8 раза, естественно, что это приводит и к сущест-
венному (до двух раз) увеличению минимального стока рек, в бас-
сейнах которых находятся указанные массивы. При этом, как пра-
вило, происходит и некоторое увеличение летнего меженного стока,
особенно при осушении массивов с обильным грунтовым питанием.
При площадях осушения, составляющих 20—25 % всей площади
водосбора, можно ожидать увеличения стока в.летних месяцах на
15—20 %.
Влияние осушения на внутригодовое распределение стока даже
без последующего его регулирования на осушенных территориях
проявляется в выравнивании и более равномерном распределении
стока по месяцам и сезонам. При этом степень выравнивания осо-
бенно заметна в очень маловодные годы.
Модули максимального стока рек под влиянием осушения, как
показали многочисленные исследования, в зависимости от конкрет-
ных физико-географических характеристик, метеорологических
IQ Заказ № 159
145
11 Формирования рассматриваемых паводков, типа дренажа
характера освоения осушаемой территории могут как увеличи-
ваться, так п уменьшаться. Помимо чисто методических погпеш-
г«??СН’ такого Рода вьшоды обусловлены, как показано Ивановым
(«П, соотношениями физических параметров, определяющих усло-
вия стекания болотных вод в естественном осушенном состоянии
1ак, представленные в табл. 4.10 (по Иванову [62]) значения ко-
Таблица 4.10
Значения коэффициентов преобразования максимального
весеннего стока с осушаемых болот (по К. Е. Иванову)
Тип осушаемой залежи и соответствующий средний коэффициент фильтрации /Со см/с л*макс с неосу- шенного болота, л/(с • км2) Расстояние между осушите- лями, м
50 30 10 6
Для верховых залежей средней сте- 50 0,88 1,37 1,69 1,94
пени разложения (35—45 %) и ни- 150 0,39 0,52 0,73 0,82
зинных осушенных болотных мае- -250 0,24 0,36 0,46 0,53
сивов с безнапорным водным пита- 350 0,20 0,27 0,38 0,43
пнем (7<о = 0,0005) 450 0,15 0,24 0,20 0,34
Для верховых торфяных залежей 50 1,25 1,56 2,42 2,62
средней степени разложения (25— 150 0,55 0,69 1,04 1,23
35 %), повышенной водопроводпо- 250 0,34 0,41 0,66 0,72
стыо и низинных залежей со сме- 350 0,29 0,36 0,53 0,64
шанным (атмосферным и грунтово- напорным) питанием (7(0 = 0,001) 450 0,23 0,28 0,43 0,47
Для верховых слаборазложснных 50 1,44 1,78 2,66 3,10
залежей (10—20%) высокой водо- 150 0,62 0,77 1,12 1,37
проводимости (/(о = 0,005) 250 0.39 0,48 0,72 0,83
350 0,32 0,40 0,59 0,79
450 0,25 0,31 0,47 0,54
весеннего
максимального
эффнциентов преобразования
стока
/7М‘1;С = Мос/А! для различных коэффициентов фильтраций осушен-
ной залежи и расстояний между осушителями изменяются от 0,15—
0,20 до 2,6—3,10, причем особенно интенсивно увеличиваются под
влиянием осушения низкие весенние максимумы, а уменьшаются
высокие (малой обеспеченности).
Полученные теоретическим путем выводы в общем хорошо под-
тверждаются данными фактических наблюдений за ПВРИОД
24 года на болотных станциях ТООМА в Эстонии и Д/Р*1 ет‘ы
в Ленинградской области. Так, выполненные в Г1 И |bzj 1 ‘
позволили получить представленные на рис. 4.10 зав,|™А‘о ока (*т
фициентов преобразования П максимального весешеи> ша
максимального модуля стока с неосушенного бол юстипля
для верховых болот нормальной и повышенной ПР д iq \
болот верхового типа нормальной водопроводимое i рии _ /
осушение способствует увеличению модулей, ко [ >
мости (рис. 4.10«)
146
ном состоянии не^превышают 40 л/ (с-км2) и уменьшению больших
значений модулей стока. Для верховых болот повышенной водо-
проводимости (рис. 4.10 6) эта граница лежит около значения
130 л/с-км2, ниже этого значения при осушении модули увеличи-
ваются, выше — уменьшаются.
Рис. 4.10. Зависимости коэффициентов преобразования П макси-
мального весеннего стока для осушенного массива нормальной
(/(0=0,0005 см/с) (о) и повышенной {Ко—0,005 см/с) (б) водо-
проводимости от максимального модуля стока с псосушеппого
болотного массива верхового типа (расстояние между осушите-
лями 50 м).
Установленные теоретически и подтвержденные данными на-
блюдений зависимости коэффициентов преобразования максималь-
ных модулей /7макс на болотных массивах при их осушении в об-
щем отражают физическую картину формирования стока на есте-
ственных и мелиорируемых болотах. На болотном массиве при осу-
шении изменяются три основных стокоформирующих фактора. Во-
первых, увеличивается зона аэрации, что в несколько раз увеличи-
вает возможности аккумуляции талых вод и ведет к уменьшению
максимумов. Во-вторых, во много раз увеличивается фронт дре-
нирования и улучшаются условия стекания вод в русловую сеть,
что способствует увеличению максимумов. В-третьих, изменяется
коэффициент фильтрации, а главное закономерность его изменений
при колебаниях уровня воды на болотах. На естественных болотах
при изменении уровня воды от нижней плоскости деятельного слоя
до поверхности коэффициент фильтрации увеличивается в тысячи
10*
147
раз, а в осушенной заложи либо остается постоянным, либо из-
меняется незначительно.
Таким образом, по К. Е. Иванову, при низких максимумах,
когда уровни воды па осушенных болотах остаются значительно
ниже поверхности, скорости фильтрации на осушенных и неосу-
шенных болотах отличаются существенно и главную роль в фор-
мировании максимума играет длина фронта дренирования; а так
как она на осушенном массиве во много раз (в десятки и сотни)
превосходит длину фронта дренирования естественного болота, то
этот фактор является превалирующим и максимумы с осушенного
массива оказываются выше.
При высоких максимальных расходах, когда уровни воды на
болоте близки к поверхности, резкое увеличение скоростей филь-
трации на естественном болотном массиве превалирует над раз-
личиями в длинах фронта дренирования и обусловливает формиро-
вание здесь более высокого максимума по сравнению с осушенным.
Разнообразное сочетание приведенных выше трех основных сто-
коформирующих факторов и определяет или снижение, или повы-
шение максимальных модулей стока на осушенном болоте по срав-
нению с неосушснным и соответственно изменение максимального
речного стока с водосбора, в пределах которого находятся болот-
ные массивы. Однако, на наш взгляд, указанные выводы не дают
оснований для введения соответствующих снижающих поправоч-
ных коэффициентов при определении расчетных максимумов ред-
кой повторяемости для речных водосборов, в пределах которых
имеются значительные площади осушенных болот и заболоченных
земель. Весенние максимумы 1—3 %-ной обеспеченности как на
естественных, так и на осушенных болотах формируются при
особо благоприятной стоковой ситуации, когда холодной зиме пред-
шествовал очень влажный предзимний период, в течение которого
до предела насыщается зона аэрации (дренаж не справляется),
когда интенсивность снеготаяния очень велика и практически вся
вода сплошным потоком быстро сбрасывается с массива через
хорошо водопроницаемый деятельный слой в естественных усло-
виях пли практически поверхностным путем в условиях осушения,
обусловливая и в тех и в других случаях очень высокие макси-
мальные модули стока (до 700—1000 л/(с-км2)).
Таким образом, приведенные на рис. 4.10 коэффициенты преоб-
разования, полученные для рядовых половодий за 20-летний пе-
риод, на наш взгляд, не могут быть прямо перенесены па макси-
мумы редкой повторяемости. К сожалению, данные наблюдении за
особенно высокими максимальными модулями стока с естествен-
ных и осушенных болот отсутствуют, тем не менее представляется
физически более правильным экстраполировать функцию П —
= ф (Ммакс) для расчетных максимумов редкой повторяемости
в виде пунктирных линий, показанных на рис. 4.10, т. е. для мак-
симумов 1 %-ной обеспеченности коэффициенты преобразования П
увеличиваются и могут быть близки к единице и даже несколько
больше.
148
Резюмируя изложенное, отметим, что в общем мелиорация бо-
лот и заболоченных земель, выполненная на научной основе и
с соблюдением необходимых технических условий, в большинстве
случаев благоприятно сказывается па режиме речного стока, осо-
бенно на таких важных при использовании водных ресурсов харак-
теристиках стока, как минимальный и меженный, которые, как
правило, заметно увеличиваются.
Вместе с тем, рассматривая влияние осушения па водный ре-
жим и водный баланс, нельзя не остановиться на негативных эко-
логических аспектах осушительных мелиораций, которые, к сожа-
лению, нередко имеют место в ряде районов и, как правило, явля-
ются следствием переосушепия, вторичного заболачивания, промер-
зания, иссушения прилегающих территорий, снижения уровня воды
в озерах, обсыхания колодцев и т. п. Указанные явления чаще
всего обусловлены недостаточно качественным проектированием
осушительных систем, не учитывающим комплексное воздействие
мелиораций не только непосредственно на сами осушаемые мас-
сивы, но и на прилегающие к ним весьма обширные территории.
Главным фактором негативного воздействия осушения на окру-
жающую среду является:
— иссушение верхнего слоя почвы на осушенных и освоенных
под сельскохозяйственные культуры землях;
— снижение уровней грунтовых вод на прилегающих террито-
риях;
— прекращение так называемого «диффузного» стока с болот
на окружающие территории;
— увеличенное промерзание осушенных болот;
— изменение микроклиматических условий.
Иссушение верхнего слоя почвы осушенных болот, как было
показано В. В. Романовым еще в начале 60-х годов [241], в сильно
засушенные годы и периоды является неизбежными даже в до-
статочно обеспеченных влагой районах, поскольку потребности
сельскохозяйственных культур в воде не могут быть покрыты за
счет осадков и запасов влаги в верхних слоях торфяной залежи.
Иссушению и распылению верхнего слоя почвы нередко способст-
вует также отсутствие совершенных агротехнических приемов при
возделывании сельскохозяйственных культур на осушенных зем-
лях. Координальным решением проблемы оптимального обеспече-
ния влагой сельскохозяйственных культур на осушенных землях
является создание так называемых осушительно-оросительных си-
стем или систем двойного регулирования водного режима почвы,
что довольно широко практикуется в последние годы в районах
интенсивного развития осушительных мелиораций.
Важнейшим экологическим последствием проведения осуши-
тельных мероприятий, далеко не всегда учитываемом при проекти-
ровании, является снижение уровней грунтовых вод на прилегаю-
щих территориях, которое, как уже указывалось выше, может чув-
ствоваться на расстоянии до 5—7 км от границы осушаемого
массива. Площадь влияния осушения на прилегающие территории
149
нередко бывает соизмеренной с площадью осушения или даже пре-
вышать ес. Например, на мелиоративном объекте «Верховые Ясел-
ды» (БССР) площадь осушения составила 25,5 тыс. га, а площадь,
подверженная влияниям иа смежную территорию — 31,8 тыс. га,
причем нежелательные последствия осушения проявляются в за-
сушливые годы иа площади 7,1 тыс. га (22 % площади влияния),
где уровни грунтовых вод понизились с 0,5—2,5 до 1,3—3,5 м. На
остальной площади имело место или положительное влияние, или
снижение уровня практически не повлияло на режим влажности и
влагозапасы зоны активного водообмена почвогрунтов. Для опре-
деления снижения уровней на прилегающих к осушаемым масси-
вам территориях имеется целый ряд методов, которые могут быть
использованы па стадии проектирования [178].
При осушении болот водораздельного или водораздельно скло-
нового залегания нарушается водный режим прилегающих терри-
торий не только за счет снижения уровня грунтовых вод, но и за
счет уменьшения или полного прекращения с болот так называе-
мого «диффузного» стока. По данным [114], верховые болота
в естественных условиях большую часть (примерно 75 %) стока
•отдают окружающим территориям (лесам) диффузным стоком, т. е.
фильтрационным потоком через периферийный контур болота;
остальная часть стока с болот выносится через естественную внут-
риболотную гидрографическую сеть. Во многих случаях диффузный
сток с болот играет очень большую роль в водном питании окру-
жающих болота угодьях. Например, по данным А. В. Пакутина,
фильтрационная подпитка лесов со стороны болот в общем посту-
плении влаги па поля достигает 47 % при среднем значении 37 %
(для 27 % болотных систем болотной станции «Вильи Горы» Ле-
нинградской области за 28-летний ряд наблюдений). При прове-
дении осушительной мелиорации окружающие болота территории
лишаются значительной части водного питания. Экологические по-
следствия такого существенного изменения структуры водного ба-
ланса лесов, естественно, будут зависеть от конкретных физико-
географических условий районов мелиорации, однако очевидно, что
они далеко не всегда и не везде будут благоприятными. И это
нельзя не учитывать при прогнозировании влияния осушительных
мелиораций на окружающую среду.
Другим не менее важным аспектом экологических последствий
осушения является изменение водно-тепловых свойств почвогрун-
тов и связанные с ним изменения микроклимата мелиорируемых
территорий и прилегающих земель.
По расчетам Новикова [207] для осушения болот Сургутского
Полесья (Западная Сибирь) при понижении уровней грунтовых
вод на 0,5 м было бы сброшено 20 км3 воды из самих болот и мно-
гочисленных внутриболотных озер. Потерн тепла торфяной за-
лежью осушительных болот при этом составили бы около 20 % от
суммарного потока тепла в почву за теплый период года. В резуль-
тате к наступлению холодного периода запасы тепла в почвогрун-
тах окажутся меньше, чем до осушения, что приведет к сниже-
но
нию температуры воздуха зимой и увеличению сезонного промер-
зания болот. Последнее может явится причиной образования
устойчивого мерзлого слоя в нижних горизонтах торфяной залежи
и зарождения многолетней мерзлоты в районах со среднегодовой
температурой воздуха, близкой к отрицательной. Экологические
последствия такого явления трудно переоценить.
Увеличение глубины промерзания почвы па осушенных землях
особенно в северных районах может оказывать значительное не-
гативное влияние на эффективность проведения осушительных ме-
Рис. 4.11. Динамика изменения глу-
бины промерзания торфяника до осу-
шения (/) и после осушения (2).
3 — горизонт закладки дрен (Архангель-
ская область).
лиораций. В качестве примера па рис. 4.11 "" показана рассчитан-
ная на модели динамика изменения промерзания и оттаивания тор-
фяника при осушении болот в Архангельской области. Согласно
представленным данным, после осушения значительно увеличива-
ется глубина промерзания и продолжительность оттаивания,
в связи с чем очевидны два негативных последствия осушения
в северной зоне, которые далеко не всегда учитываются в мелио-
ративной практике: во-первых, увеличенная почтив 2 раза глубина
промерзания, достигающая уровня закладки дренажа, в связи
с чем он забивается льдом и эффективность его работы резко сни-
жается; во-вторых, значительно уменьшается продолжительность
и без того короткого вегетационного периода, что никак по способ-
ствует ведению сельского хозяйства на осушенных землях.
Многолетние комплексные тепло-водиобалансовые исследова-
ния влияния осушительных мелиорации болот на гидроклимати-
чсский режим прилегающих к ним лесов, проведенные О. / . Бе-
лоцерковской в 1969—1977 гг. в Белорусском Полесье, показали, что
после проведения осушительных работ имела место перестройка
радиационного баланса лесов, особенно существенная иа терри-
ториях где уровень грунтовых вод опустился ниже 140 см. Аль-
бедо увеличилось в 1,3—2,5 раза, а эффективное излучение под
пологом леса в 3—12 раз и более [14]. Увеличение альбедо при-
вело к уменьшению количества поглощенной радиации на 10—
* Рисунок предоставлен автору И. Л. Калюжным.
151
30 %> в результате радиационный баланс лесных массивов умень-
шился в зависимости от типа леса и расстояния от осушенного
объекта в 1,2—1,7 раза, суммарное испарение уменьшилось
в 1,1—1,5 раза, а транспирация — на 10—59 %; температура воз-
духа за период вегетации увеличилась па 2,4—6 °C, абсолютная
влажность воздуха уменьшилась на 7—50%, а дефицит влаги на
7—52%, причем амплитуда колебаний указанных характеристик
возросла в 1,3—2 раза, ухудшился тепловой режим корнеобитае-
мой зоны почвы. Все эти факторы обусловили снижение прироста
лесных насаждений, располагающихся в двухкилометровой зоне
вокруг объекта осушения.-Отметим, что последнее относится
к лесам, расположенным на суходолах. При понижении уровней
грунтовых вод в заболоченных лесах прирост древесины, как пра-
вило, значительно увеличивается.
Приведенные сведения свидетельствуют о большой важности
прогноза экологических последствий проведения осушительных
мелиораций, что практически никогда не делается, да и отсут-
ствуют методы экологической экспертизы крупных проектов
мелиораций. В лучшем случае оценивается изменение водного
режима территорий, да и то далеко не всегда с достаточной сте-
пенью детальности и надежности. Последнее чаще всего обуслов-
лено недостатком информации о природных условиях осушаемых
объектов (составляющих водного баланса и особенно водообмена
с грунтовыми водами, водно-физических свойствах естественных и
осушенных торфяных залежей), слабой изученностью процессов
движения влаги в зоне аэрации при различных видах осушения
и закономерностей изменения положения кривых депрессий в за-
висимости от схемы осушения и гидрологической обстановки.
К этому следует добавить, что методы расчета элементов гидро-
метеорологического режима и водного баланса, используемые при
гидрологическом обосновании проектов, далеки от совершенства.
К числу важных причин негативных последствий осушения
следует отнести также ошибки в выборе схем осушения, низкое
качество строительства мелиоративных систем и недостаточно вы-
сокая культура их эксплуатации. До настоящего времени при
проектировании осушительных систем обращается недостаточно
внимания на прилегающие к осушительным системам территории
и, в частности, на их водный режим. В результате этого нередко
при улучшении условий для хозяйственного использования одних
территорий ухудшались условия использования других.
Чтобы избежать пли существенно снизить негативные послед-
ствия осушительных мелиораций, в том числе и на прилегающих
территориях, необходимо изучить закономерности взаимосвязи
процессов тепло-влагообмена мелиорируемых территорий в раз-
личных физико-географических условиях и разработать надежные
методы их учета при проектировании осушительных систем. Па
октябрьском 1984 г. Пленуме ЦК КПСС, посвященном Долговре-
менной программе мелиорации земель, было отмечено, что «даль-
нейшее развитие мелиорации должно иметь более глубокое науч-
152
ное обоснование, учитывать интересы сохранения окружающей
среды».
4.3. Влияние агролесомелиоративных мероприятий
на склоновый и речной сток
4.3.1. Влияние агролесомелиораций на склоновый и максимальный сток
В комплекс агролесомелиоративных мероприятий, или агроле-
сомелиораций, направленных па улучшение произрастания сель-
скохозяйственных культур и повышения их урожайности, входят
зяблевая и противоэрозионная вспашка, снегозадержание, вне-
дрение севооборотов, правильное и своевременное внесение удоб-
рений, борьба с сорняками и т. п., а также защита полей от
водной и ветровой эрозии в степных и полупустынных районах,
главным образом с помощью полезащитных лесных насаждений.
Проведение агролесомелиоративных мероприятий па обширных
территориях может оказывать многостороннее и сложное воздей-
ствие на гидрологический цикл, количественные характеристики
речного стока и качество природных вод. Воздействие агролесо-
мелиоративных мероприятий на гидрологический цикл прежде
всего проявляется в изменении склонового стока. Современные
агролесомелиоративные мероприятия способствуют увеличению
скважности и проницаемости почв, усиливают инфильтрацию
талых и дождевых вод, в результате чего снижается поверхност-
ный сток со склонов с одновременным увеличением ресурсов поч-
венной влаги и созданием более благоприятных условий для
питания подземных вод. Кроме того, с распаханных склонов, не
защищенных травянистым покровом, может увеличиться снос
снега в овраги и балки, что также способствует снижению скло-
нового стока талых вод.
Указанный качественный вывод не вызывает сомнений (во
всяком случае для условий лесостепной и степной зон) и в прин-
ципе подтверждается многими исследованиями, однако количе-
ственная оценка степени изменения поверхностного стока со скло-
нов и особенно учет влияния этого изменения на режим грунто-
вого и суммарного речного стока определяются множеством раз-
нообразных факторов и представляют собой чрезвычайно сложную
задачу. В связи с этим приводимые различными авторами мате-
риалы наблюдений нередко относятся к различным условиям и
оказываются малосравнимыми между собой, а выводы, которые
получаются на их основании, имеют порой довольно разноречи-
вый характер. Оценка влияния агролесомелиоративных мероприя-
тий па склоновый сток базируется главным образом на материа-
лах экспериментальных наблюдений на стоковых площадках, логах,
временных водотоках, которые в нашей стране были получены
еще в конце 30-х годов в южном Заволжье (Б. В. Поляков и
И. Л. Кузпик), в Валдайской научно-исследовательской гидроло-
153
гической лаборатории ГГИ (ныне ВФ ГГИ), на Курском стацио-
наре института географии АН СССР, а в последующие годы и
на водиобалансовых станциях Госкомгидромета СССР, располо-
женных в различных природных зонах.
Результаты оценки, приводимые в различных публикациях и
обобщенные, в частности, в работах [38, 65 173], свидетельствуют
о значительном (хотя и существенно различном в количественном
отношении) снижении средних значений поверхностного стока
весеннего половодья с распаханных склонов или имеющих лесные
полосы. Однако в отношении влияния па величину этого снижения
таких факторов, как состав почвогрунтов, уклоны склонов или вод-
ность года у многих авторов существуют весьма различные точки
зрения. Например, исследованиями Института географии АН СССР
(ИГ АН СССР) иод руководством М. И. Львовича установлено
[173, 175], что степень уменьшения стока с полей под влиянием
зяблевой пахоты главным образом зависит от годовой суммы
осадков, в то же время принимается, что уклон склонов и состав
почвогрунтов не оказывают существенного влияния на уменьше-
ние склонового стока. Об этом свидетельствует, в частности, обоб-
щенный график Львовича, приведенный на рис. 4.12.
В степной зоне при осадках 350—450 мм уменьшение склоно-
вого стока колеблется в пределах 4—7 раз, в лесостепной зоне,
где осадки составляют 450—ООО мм, уменьшение стока изменяется
в пределах 2—4 раза, в лесной зоне — в пределах 1,3—2 раза.
Соответственно в одной и той же зоне в многоводные годы с боль-
шими осадками уменьшение значительно меньше, чем в годы с ма-
лыми осадками. В то же время исследования ГГИ, выполненные под
руководством В. Е. Водогрецкого [63, 65, 188] путем анализа и
обобщения имеющихся экспериментальных данных на водноба-
лапсовых станциях, показали на большую роль не только общей
увлажненности и промерзаемости, но и состава почвогрунтов и по
154
в меньшей мере уклонов склонов в снижении поверхностного стока
под влиянием агролесомелиоративных мероприятий.
Приведенные данные относятся в основном к весеннему стоку,,
формирующемуся преимущественно при мерзлых почвогрунтах,
и при относительно малой интенсивности водоотдачи. Что каса-
ется склонового стока от интенсивных ливней, то, как отмечают
многие авторы [137, 296, 351], с распаханных склонов, особенно
с большими уклонами он может быть значительно большим, чем
со склонов, занятых залежью или целиной. Одновременно на рас-
паханных склонах наблюдается повышенный сток наносов, обус-
ловленный водной эрозией. Повышенный поверхностный сток и
смыв почвы с распаханных склонов при интенсивной водоотдаче
делают необходимым проведение различного рода противоэрозион-
ных мероприятий — вспашки по горизонталям, лупковапия, муль-
чирования, щелевания, бороздования, террасирования и др.,
оценке влияния которых на поверхностный сток и водную эрозию
посвящено большое количество исследований в пашей стране и
за рубежом.
Интенсивность склонового стока обусловливает и специфику
формирования максимальных расходов весеннего половодья и
дождевых паводков на речных водосборах. Для средних и низких
максимумов весеннего половодья под влиянием агролесомелиора-
тивных мероприятий на малых водосборах снижение может до-
стигать 10—20 % и более [152, 254]. Сток дождевых паводков
с распаханных водосборов в значительной степени зависит от
интенсивности ливневых осадков, местных условий и характера
агротехнических мероприятий и может как снижаться, так и уве-
личиваться по сравнению с нераспаханными.
По данным И. А. Кузппка [152], полученным для хорошо об-
работанных почв Заволжья, распашка и другие агротехнические
приемы приводят в среднем к уменьшению слоя и максимальных
расходов дождевого стока на 20—30 %. В то же время по данным
исследований американских ученых [296] распашка травянистых
склонов приводит к повышению максимального стока; наиболее
высокие максимальные расходы наблюдаются на реках, водосборы
которых наиболее интенсивно используются для сельского хозяй-
ства, чему способствует, кроме того, обвалование и спрямление
русел рек. Увеличение максимальных расходов дождевых павод-
ков на распаханных водосборах отмечают и другие исследователи
в нашей стране и за рубежом.
Что касается максимальных расходов весеннего половодья и
Дождевых паводков редкой повторяемости, формирующихся при
исключительно благоприятных условиях стока (предельная интен-
сивность водоотдачи, высокая увлажненность почвогрунтов
и т. и.), то вряд ли следует ожидать их уменьшения под влиянием
агротехнических мероприятий. В связи с этим рекомендуемые
некоторыми авторами снижающие поправки на изменение расчет-
ных максимумов для сельскохозяйственно освоенных водосборов,
найденные эмпирическим путем по данным наблюдений, как пра-
155
вило, не могут быть распространены па паводки редкой повторяе-
мости, во всяком случае они справедливы лишь для максимумов
в пределах тех обеспеченностей, для которых они получены. Сле-
дует отметить, что это положение относится не только к агролесо-
мелиоративным мероприятиям, но и другим видам хозяйственной
деятельности [299].
4.3.2. Дискуссии о влиянии агролесомелиораций на годовой сток рек
В проблеме влияния агролесомелиоративных мероприятий на
гидрологический цикл наиболее сложным (и в какой-то степени
до настоящего времени дискуссионным) является оценка роли
этого фактора в изменении годового стока рек. Дискуссии по
этому вопросу ведутся в гидрологической литературе, начиная
с конца XIX столетия, причем вот уже более 50 лет среди ис-
следователей сформировались две принципиально различные точки
зрения о влиянии агролесомелиоративных мероприятий и повы-
шения урожайности сельскохозяйственных культур па годовой сток
рек и общую увлажненность территорий.
Согласно первой точке зрения, развитие агролесомелиоратив-
ных мероприятий, уменьшающих поверхностный сток и задержи-
вающих воду иа сельскохозяйственных полях, приводит к интен-
сификации просачивания и пополнению запасов влаги в зоне
.аэрации, которая расходуется лишь частично на подземное пита-
ние рек, а в основном па испарение и транспирацию сельскохо-
зяйственных культур, вследствие чего заметно снижается сум-
марный речной сток не только малых и средних, ио и таких боль-
ших рек, как Доп, Днепр, Волга. Кроме того, сторонники этой
дочки зрения полагают, что интенсификация сельского хозяйства
и повышение урожайности сельскохозяйственных культур приво-
дят к значительному увеличению водопотребления растениями,
а следовательно, и к повышению суммарного испарения в бассей-
нах и к соответствующему снижению общего стока рек. Отсюда
следует общий вывод, что в районах интенсивного неорошаемого
земледелия имеет место постоянное истощение водных ресурсов
на больших территориях.
В соответствии со второй точкой зрения агролесомелиорация
•способствует задержанию влаги на полях, по эта влага использу-
ется в основном не па испарение, а па пополнение запасов грун-
товых вод и увеличение подземной составляющей речного стока.
При этом повышение культуры земледелия и увеличение урожай-
ности сопровождаются снижением удельного водопотребления и
более экономным использованием воды растениями, в связи с чем
общий расход воды сельскохозяйственными полями остается
практически неизменным или увеличивается в незначительной
степени.
Общий вывод состоит в том, что развитие агролесомелиорации
и повышение урожайности сельскохозяйственных культур очень
незначительно сказывается на годовом стоке средних и больших
156
рек (при этом меженный сток несколько увеличивается) и никак
не могут привести к заметному истощению водных ресурсов на
больших территориях.
Первая точка зрения в нашей стране сформировалась еще
в 30-х годах XX столетия в работах известного гидролога
Б. В. Полякова, который, изучая гидрологические условия За-
волжья, обратил внимание па сильное уменьшение коэффициентов
стока р. Большой Узень. Б. В. Поляков объяснил это тем, что
после организации колхозов и широкого применения глубокой,
механизированной обработки почв, в том числе зяблевой пахоты
произошло снижение склонового стока и увеличение влажности
почв, способствующие созданию благоприятных условий для по-
вышения урожаев. Одновременно с этим возросли затраты влаги
на испарение и транспирацию, что привело, по Полякову [223],
к уменьшению речного стока не только р. Большой Узень, но
также Дона и других рек, расположенных в зоне интенсивного
зернового земледелия и имеющих большие площади пахотных
земель.
Таким образом, имевшее место в 30-х годах резкое уменьшение
водности рек южных районов европейской части СССР связыва-
лось с проведением коллективизации и развитием в сельском хо-
зяйстве социалистического земледелия. Анализируя исходные дан-
ные и выводы Б. В. Полякова, П. С. Кузин [148] показал, что
интенсивное уменьшение стока рек в Заволжье происходило и
раньше при других формах ведения сельского хозяйства и что
коллективизация и широкое использование машинной пахоты
к снижению речного стока пе имеют отношения, просто широкое
развитие агротехнических мероприятий совпало с естественным
маловодным периодом.
Б. Д. Зайков [105], изучая причины падения уровня Каспий-
ского моря с 1933 по 1941 г., установил, что главная причина это-
го—уменьшение стока р. Волги за счет наступления естественного
засушливого периода, в частности, в результате уменьшения зим-
них осадков в зоне формирования стока реки. Влияние же
хозяйственной деятельности на сток рек, по Зайкову, очень мало
по сравнению с ролью климатических факторов. Выводы Зайкова
полностью подтвердились более поздними исследованиями ГГИ
[295]; роль хозяйственной деятельности в понижении уровня
Каспийского моря 30-х годов оценивается в пределах 10 %, на
90 % падение было обусловлено климатическими причинами. Не-
смотря на выводы П. С. Кузина и Б. Д. Зайкова в последующие
годы концепция резкого уменьшения водности рек при проведе-
нии агротехнических мероприятий нашла себе активных сторон-
ников в лице М. И. Львовича из ИГ АН СССР, его учеников и
последователей (С. В. Басс, А. М. Грин, Г. В. Назарова и др.),
а также Б. А. Аполлова и С. Л. Вендрова. Например, развивая
идеи Б. В. Полякова, М. И. Львович считал, что в результате
агротехнического и лесомелиоративного воздействия на почву
происходят основные изменения гидрологического режима рек;
157
увеличивается испарение и транспирация сельскохозяйственных
культур, с повышением урожая увеличивается общий расход
влаги. В результате при том же годовом количестве осадков,
годовой сток рек уменьшается. По Львовичу, существенные изме-
нения гидрологического режима рек под влиянием агротехники
начались в 30-х годах и особенно значительно в 50-х—60-х годах
в результате широкого применения зяблевой вспашки. По расче-
там Львовича [173], в результате широкого внедрения зяблевой
пахоты уже к началу 60-х годов годовой сток р. Дона (водосбор
распахан почти на 70 %) уменьшился на 13 % (по сравнению со
средним стоком за период до 1950 г.), а к 1980—1985 гг. за счет
улучшения культуры земледелия п повышения урожайности го-
довой сток должен уменьшиться на 28—30 %, водность же ряда
притоков Дона уменьшится еще более значительно (па 35—45 °/о).
Приведенные значения получены по методу оценки, предло-
женному Львовичем, суть которого заключается в расчете сред-
них взвешенных для всего водосбора значений изменения поверх-
ностного стока под влиянием агролесомелиораций для разных
угодий (зябь, целина, гидрографическая сеть, лесные полосы).
При этом в основу расчета положен осредненный эмпирический
график уменьшения склонового стока под влиянием зяблевой па-
хоты (рис. 4.12). Состав почвогрунтов и уклоны склонов при этом
не учитываются. Формально предлагаемая расчетная схема пред-
усматривает и определение изменений подземного стока в резуль-
тате усиления инфильтрации, однако фактически для зоны недо-
статочного увлажнения увеличение грунтового стока принимается
столь незначительным (1—3 мм/год), что по существу оно не
играет сколько-нибудь значительной роли в получаемом по этой
схеме значении изменений полного речного стока.
Применив указанный метод для бассейна р. Волги, С. В. Басс
[12] пришел к выводу, что уменьшение полного речного стока
реки на уровень 1960 г. составило для лесной, лесостепной и степ-
ной частей бассейна соответственно 1, 8 и 11 %. К 1980 г. пре-
образование водного бассейна выразится в уменьшении стока рек
лесной зоны па 5%, лесостепной — на 9—27 % и степной — на
26—41 %; в целом сток р. Волги под влиянием агролесомелиора-
тивных мероприятий, как считает Басс, уменьшится па 9 %, или
на 22 км3/год.
В 1954 г. Б. А. Аполлов также прогнозировал уменьшение
годового стока реки к 1980—1985 гг. за счет влияния агролесо-
мелиорации на 15 % или па 36 км3/год [6].
Для рек Северного Кавказа расчеты по методу ИГ АН СССР
дают уменьшение стока к 1980 г. до 50 %, а для Украины до 15—
40 % [13, 200], при этом сток р. Днепра уменьшится па 5%.
А. М. Грин [88], анализируя водный баланс Центрально-Черно-
земных областей, приходит к выводу, что влияние агролесомелио-
рации на водный баланс столь значительно, что уже теперь
(1973 г.) нередко превалирует над естественными природными
факторами его формирования.
158
Из наиболее известных зарубежных исследователей, стоящих
на позиции, значительного уменьшения водности рек под влиянием
улучшенной агротехники и повышения урожайности, следует на-
звать X. Кальвайта (ФРГ), исследование которого по связи уров-
ней р. Заале и стока р. Липпе с повышением продуктивности
земледелия в ФРГ широко комментируется в гидрологической
литературе. По данным Кальвайта, увеличение урожайности
в ФРГ за 130 предвоенных лет привело к повышению испарения
и уменьшению годового стока па 50—70 мм. Мнения о значитель-
ной зависимости речного стока от развития агротехники и уро-
жайности высказывались и другими зарубежными гидрологами
(в США, ФРГ, ГДР, Польше) в 30—50-х годах XX столетия.
Основные результаты исследований зарубежных гидрологов по
этому вопросу приводятся и анализируются в работах М. И. Льво-
вича [175], В. В. Рахманова [231], А. Г. Булавко [38], Н. И. Ко-
ронкевича [140]. Следует отметить, что поскольку в Европейских
странах площадь распашки не увеличивается уже многие десятки
лет и состав агротехнических мероприятий более или менее ста-
билен, основное внимание уделяется влиянию па речной сток ин-
тенсификации применения удобрений и повышения урожайности
сельскохозяйственных культур [322]. Например, в работе [334]
немецкий гидролог Р. Келлер приводит полученные им следующие
уточненные данные по водному балансу ФРГ за два многолетних
периода с существенно различным уровнем хозяйственной дея-
тельности (табл. 4.11).
Таблица 4.11
Период Осадки, мм I кпаре- нис, мм Сток
общий речной подземный
1891—1930 803 434 369 330 39
1931—1960 837 515 322 296 26
Приведенные данные по стоку и осадкам получены Р. Келле-
ром не по материалам наблюдении, а по суммарному испарению
-Путем расчета водопотребления различными сельскохозяйствен-
ными культурами в зависимости от их продуктивности, по сведе-
ниям Келлера, близкие значения испарения за второй период
(450—525* мм)' получаются и при расчетах по методам теплового
баланса Пенмапа, Альбрехта и др. [334]. Таким образом, во вто-
рой период, несмотря на заметное увеличение осадков, сток рек
в ФРГ существенно уменьшился (коэффициент стока уменьшился
на 1G %), что Келлер объясняет главным образом увеличением
продуктивности сельскохозяйственного производства; урожайность
основных сельскохозяйственных культур во втором периоде вы-
росла примерно вдвое. Следует, однако, отметить, что выводы
159
Келлера вряд ли можно признать достаточно корректными, по-
скольку, во-первых, уменьшение стока во второй период объясня-
ется, по-видимому, не только повышением урожайности, но и дру-
гими факторами хозяйственной деятельности (орошением, сель-
скохозяйственным водоснабжением, затратами воды на нужды
промышленности и коммунального хозяйства, па испарение с во-
дохранилищ и прудов, изменением испарения в связи с лесохозяй-
ственными мероприятиями и т. п.), во-вторых, увеличение испаре-
ния во второй период, во всяком случае частично, может быть
обусловлено и климатическими причинами — повышением темпе-
ратуры и увеличением дефицита влажности воздуха. При сравне-
нии элементов водного баланса прежде всего необходимо сопо-
ставлять и указанные метеорологические характеристики. Так,
Е. Рейхель [345] еще в 50-е годы считал, что повышение темпе-
ратуры воздуха является даже главной причиной увеличения
испарения и уменьшения стока многих рек ФРГ.
В последние 10—15 лет концепция существенного уменьшения
водности больших рек под влиянием развития агролесомелиора-
тивных мероприятий находит все меньшее число сторонников.
Прежде всего это обусловлено тем, что выданные в 50—60-е годы
многочисленные прогнозы значительного уменьшения стока сред-
них и больших рек в районах интенсивного сельскохозяйственного
земледелия не находят подтверждения при тщательном анализе
имеющиеся за многолетний период фактических данных наблюде-
ний за гидрологическим режимом на гидрометрических створах.
Действительно, как показали исследования ГГИ [298], к 1970—
1980 гг. годовой сток многих южных рек европейской части СССР,
в том числе Дона, Днепра, Волги, заметно уменьшился под влия-
нием хозяйственной деятельности, по эти уменьшения произошли
главным образом за счет водохранилищ и прудов, орошения, про-
мышленного и коммунального водоснабжения, роль же агротехни-
ческих мероприятий и повышения урожайности в этом процессе
невелика. Тем не менее М. И. Львович в одной из своих обобщаю-
щих работ по почвенной гидрологии [176, с. 39] пишет, что прогноз,
составленный им в 1952 г. «для ряда рек СССР, в том числе и
для р. Дон, на 1980 г., хорошо оправдывается; увеличение расхо-
дования воды на урожай сельскохозяйственных культур приводит
к заметному уменьшению годового речного стока при некотором
росте меженного стока (за счет усиления питания подземных
вод)».
По данным ГГИ [298], полученным путем анализа динамики
фактических значений стока р. Допа в различных створах и опре-
деляющих их метеорологических факторов, а также по водпоба-
ляпсовой оценке роли каждого видя хозяйственной деятельности
за 1971 — 1974 гг. годовой сток р. Дона у ст-цы Раздорской умень-
шился под влиянием антропогенных факторов по отношению
к уровню 1940 г. примерно па 6,9 км3/год, пли на 24 %, однако
па долю агротехнических мероприятий и урожайности пришлось
лишь 8,3 % всего уменьшения, или 0,57 км3/год; все остальное —-
160
результаты затрат воды на другие виды хозяйственной деятель-
ности. г
Примерно такая же картина наблюдается на других больших
реках европейской части СССР. Например, годовой сток
р. Днепра у г. Каховки за 1956—1973 гг. уменьшился под влия-
нием хозяйственной деятельности по отношению к уровню 1940 г.
примерно на 9,3 км3/год, в том числе за счет агротехнических ме-
роприятий сток уменьшился всего на 6,9 %, пли 0,64 км3/год,
к 1980 г. годовой сток р. Волги в устье за счет хозяйственной
деятельности уменьшился на 21,4 км3/год, причем за счет агро-
технических мероприятий — па 2,8 км3/год [298].
Анализируя данные наблюдений за стоком и определяющими
стокообразующими факторами, к аналогичным выводам пришли
ученые не только ГГИ, ио многих других организаций в нашей
стране и за рубежом. Так, выполненные в Гидрометцентре СССР
В. В. Рахмановым [231] тщательные детальные исследования
с применением методов современного корреляционного анализа
гидрологических и метеорологических факторов, а также сведений
об урожайности сельскохозяйственных культур в бассейне р. Дона
за более чем 80 лет (1883—1965 гг.) не позволили обнаружить
заметных изменений стока этой реки, обусловленных агролесоме-
лиоративными мероприятиями и увеличением урожайности в бас-
сейне (годовая урожайность за рассматриваемый период колеб-
лется от 1,5 до 16,4 ц/га, за первые десять лет периода средняя
урожайность была 6,1 ц/га, за последнее десятилетие—13,1 ц/га).
К. Ф. Срибный [257] на основании расчетов водохозяйственных
балансов и построения интегральных кривых годового стока по
основным рекам Украины пришел к выводу, что рассчитываемое
некоторыми исследователями к 1950—1960 гг. уменьшение стока
на 15 % и предполагаемое его дальнейшее уменьшение
еще па 30 % в результате улучшения форм земледелия
завышенным во много раз.
Исследуя динамику годового стока некоторых рек Украины,
а также осадков и температуры воздуха в их бассейнах П. Ф. Ви-
шневский и И. Г. Рубцов [56] установили, что за 1948—1962 гг.
действительно сток рек заметно уменьшился по сравнению с пред-
шествующим периодом, но это произошло в основном не за счет
влияния агролесомелиоративных мероприятий, а за счет умень-
шения суммы осадков и повышения температуры воздуха в течение
зимне-весенних сезонов.
К выводам о незначительном влиянии агролесомелиораций на
сток рек Украины пришли также С. С. Кутовой [159] и Т Ф Шу-
липенко [308], Для рек Центрально-черноземных областей —
Г. Р. Юнусов, В. М. Мншон и В 3. Родионов, для Белоруссии и
Литвы-А. Г. Булавко [38, 40, 237, 310]. А. Г. Булавко анализи-
ровал динамику осадков, стока, лесистости и распаханности за
пяп^ЛеТШ« пери0^Ы для нескольких больших рек с длинными
рядами наблюдении, в том числе для р. Неман — г. Смалининкай
с уникальным более чем 150-летним рядом наблюдений.
11 Заказ № 159
к 1980 г.
является
для Белоруссии и
• анализи-
161
Аналогичные результаты получены в разные годы исследова-
телями в других странах [38, 140, 231J. Особенно интересны
тщательно выполненные исследования IO. Лямбора [38], который
анализировал динамику урожайности и элементов водного баланса
на водосборе р. Варты в створе Гожув (Е= 52260 км2, в сельском
хозяйстве используется 57 % площади) за период наблюдений
с 1800 г. По 10. Лямбору, за 145 лет урожайность в бас-
сейне увеличилась вдвое, что привело к увеличению испарения на
15 мм и уменьшению годового стока па 6—8 мм; таким образом,
выводы X. Кальвайта (см. выше) признаются явно завышенными.
Если бы X. Кальвайт был прав, то немецкие реки в первой поло-
вине XIX в. были бы значительно многоводнее, чем в середине
XX в., по это пе подтверждается никакими историческими дан-
ными. Польский ученый К- Краевски в докладе «Влияние инду-
стриализации и урбанизации Польши на изменение водного
баланса», прочитанном в Москве на IV сессии Международных выс-
ших гидрологических курсов ЮНЕСКО, отметил, что прогнози-
руемое ранее (по методике ИГ АН СССР) существенное уменьше-
ние водных ресурсов Польши под влиянием развивающегося
земледелия не оправдалось.
По данным Р. Русева [245], за последние 10—15 лет па мно-
гих реках Болгарии ие только пе происходит уменьшения водно-
сти в связи с интенсивным развитием земледелия и водохозяй-
ственных мероприятий, а наоборот, наблюдается заметное увели-
чение стока, пе совпадающее с увеличением осадков.
Таким образом, приведенные выше результаты расчета и
прогноза изменений стока средних и больших рек, выполненные
по методике ИГ АН СССР, чаще всего нс подтверждаются ана-
лизом фактических наблюдений за стоком и определяющими
факторами за многолетние периоды и, как правило, являются
завышенными. Видимо, это обусловлено тем, что применяемая
методика пе в полной мере учитывает различия и особенности
формирования стока па распаханных склонах, малых бассейнах
и на больших речных водосборах. Возможные погрешности, вы-
текающие из распространения данных об уменьшении склонового
стока, полученных па стоковых площадях, иа речной водосбор
в целом, а также другие недостатки методики, используемой ИГ
АН СССР, довольно подробно рассматриваются в работах
А. П. Бочкова [22], П. С. Кузина [149], В. В. Рахманова [231],
А. И. Чеботарева и С. И. Харченко [283], Б. Б. Леонтьевского
[т].
Современная обработка почв, зяблевая пахота, снегозадср/ка-
ние, посадки лесных полос и другие мероприятия способствуют
задержанию влаги па полях и создают условия для просачивания
ее в нижележащие грунты, в результате чего поверхностный сток
уменьшается, по зато возрастает питание грунтовых вод и увели-
чивается подземный и подповерхностный сток рек с достаточной
глубиной вреза. В связи с этим происходит некоторое перераспре-
деление стока, при котором его годовое значение для малых во-
162
дотоков, неполностью дренирующих подземные воды, уменьшается,
а сток средних и больших рек, имеющих замкнутый водный ба-
ланс снижается очень незначительно.
На основании обобщения имеющихся экспериментальных
данных А. Б. Бочковым еще в 1963 г. были разработаны норма-
тивы [209] по учету влияния агролесомелиоративных мероприя-
тий на сток рек в лесостепных и степных районах СССР. При
этом учитывалось, что влияние по-разному сказывается при фор-
мировании стока па склонах, мелких водосборах, средних и боль-
ших реках. Причем это обусловлено не только различной степенью
дренирования подземного стока, но и увеличением па больших во-
досборах доли площадей с повышенным стоком (неудобные и
необрабатываемые земли, поля без зяблевой вспашки и др.). При
оценке изменений нормы стока водосбора учитывались: площадь
с агролесомелиоративными мероприятиями, коэффициенты умень-
шения стока под влиянием отдельных видов мероприятий, доля
весеннего склонового стока в годовом стоке реки в средние по
водности, многоводные и маловодные годы, а также доля участия
лет различной водности в формировании среднего годового стока
реки; учитывалось также влияние почвогрунтов и уклонов скло-
нов. Согласно расчетам по упомянутым нормативам, агротехниче-
ские мероприятия и полезащитные лесонасаждения могут оказы-
вать более или менее значительное влияние на речной сток лишь
в условиях засушливых районов и с очень малых водосборов. Для
более крупных рек, дренирующих подземные воды, роль склоно-
вого стока в формировании общего стока реки уменьшается и
влияние агролесомелиоративных мероприятий па сток становится
незначительным.
Выполненные в ГГИ в начале 70-х годов расчеты и прогнозы
изменений стока больших рек СССР под влиянием агролесомелио-
ративных мероприятий, основанные па нормативах Л. IJ. Бочкова,
показали, что па уровень 1970 г. годовой сток их в наиболее
освоенных в хозяйственном отношении районах страны умень-
шился в пределах 1—5 % [72]. Это уменьшение обусловлено
некоторым увеличением суммарного испарения па распаханных
и освоенных под сельскохозяйственные культуры склонах. Сле-
дует отметить, что по исследованиям некоторых ученых ИГ АН
СССР, выполненным в 70-х годах, уменьшение стока под влиянием
развития земледелия менее значительное, чем то, которое дава-
лось в 50-е и 60-е годы. Так, по исследованиям Н. И. Коронке-
вича и 3. Л. Крыловой [140, 141], современное (на 1970 г.)
уменьшение стока р. Дона у г. Георгиу-Дож под влиянием агро-
лесомелиораций оценивается в 5—10 %. II. II. Коронкевич в ра-
боте [141] приводит следующие данные но современному умень-
шению годового стока в устьях больших рек Русской равнины
под влиянием агротехники: р. Волга —3—5 км3/год (1—2%),
р. Днепр — 1 — 1.5 км3/год (2—3 %), р. Дон — 2,4 км3/год (8—
12%). Эти значения уже близки (особенно для рек Волги и
Днепра) к данным, полученным в ГГИ по методике А. П. Бочкова.
П* 163
Начиная с 70-х годов детальные исследования по влиянию
агролесомелиораций на речной сток выполняются в ГГИ под
руководством В. Е. Водогрецкого [63, 65]. В результате этих
исследований предложена методика оценки изменений годового
стока рек, основанная на обобщении имеющихся эксперименталь-
ных данных по стоку па стоковых площадках и малых водосборах
воднобалапсовых станций, режимных материалов за уровнями
грунтовых вод и сведений по испарению с различных угодий. Ме-
тодика позволяет рассчитывать изменения склонового стока, за-
пасов подземных вод и суммарного речного стока. Оценка влияния
агротехнических мероприятий на сток по методике Водогрецкого
предусматривает учет не только распаханности и водности года,
но и характеристик почвогрунтов, уклонов склонов и глубины за-
легания грунтовых вод на различных угодьях. Отдельно учиты-
вается влияние леса и лесных полос; полученные результаты
оценки контролируются независимым расчетом изменения суммар-
ного испарения на водосборах вследствие проведения агролесоме-
лиораций.
К настоящему времени методика Водогрецкого для количе-
ственного учета влияния агролесомелиораций на сток рек явля-
ется, пожалуй, наиболее обоснованной данными эксперименталь-
ных наблюдений на водпобалансовых и стоковых станциях и
в общем не противоречит материалам стандартных гидрометриче-
ских наблюдений за многолетний период па опорной сети Госком-
гидромета СССР. Ниже излагаются 'основные положения этой
методики.
4.3.3. Методика ГГИ по оценке влияния агролесомелиораций
на водность рек
При разработке методики за основу принято уравнение вод-
ного баланса водосбора за многолетний период, в соответствии
с которым при неизменных средних осадках изменению поверх-
ностной н подземной составляющей стока должно соответствовать
такое же изменение суммарного испарения па водосборе. Фор-
мулы для оценки изменения стока под влиянием агролесомелио-
ративных мероприятий записываются в следующем общем виде:
ДУаг = [(д У„ + Д Гп) fn + (Д Гл + Д Wл) f, +
+ (Д Улсп + Д ^лсп) /л Jen, сг, (4.20)
ДГаг = [Д E„f„ + Д Ел[л + Д5.тсп^с„)си, сг, (4.21)
где ДУаг — изменение суммарного стока реки или притока
в озеро, Д} П) Д) л> ДУЛСП — среднее уменьшение склонового стока
соответственно с пашни (п) с учетом компенсации за счет допол-
нительного спегонакопления_в гидрографической сети, с леса (л)
и с лесных полос (лсп); ДР7П, Джл, ДРУЛСП — среднее увеличение
грунтового стока или питания грунтовых вод атмосферными осад-
ками на тех же угодьях; ДЕП, Д£л, Д£ЛС|1 __ изменение суммарного
164
испарения на сельскохозяйственных угодьях после проведения
агролесомелиоративных мероприятий; /п, fn, /лсп— площади от-
дельных угодий в пределах супесчаных (сп) (легкосуглинистых)
и суглинистых (сг) (тяжелосуглинистых) почвогрунтов в долях
от единицы, за которую принимается общая площадь бассейна.
Формулы (4.20) и (4.21) показывают, что изменение интеграль-
ного значения речного стока АУаг складывается из алгебраиче-
ской суммы изменений склонового и грунтового стока или измене-
ний суммарного испарения на отдельных частных площадях
(угодьях).
Оценка изменения поверхностной составляющей стока произ-
водится на основе построения и анализа зависимости вида
е— . Р =f(Ut, п, (4.22)
где ас — коэффициент склонового зимпе-весепнего стока; Ut—
показатель (индекс), характеризующий степень увлажненности
в метровом слое и промерзаемости почвогрунтов в период, пред-
шествующий стоку; / — уклон склона; У— слой стока; 5макс—
максимальные запасы воды в снеге; Р— атмосферные осадки за
период стока. Индекс Ut является показателем водопроницаемости
почвогрунтов: чем больше индекс, тем выше коэффициент стока,
и наоборот.
Зависимости вида (4.22) построены по данным водпобалапсо-
вых станций и опытных стационаров, расположенных в пределах
отдельных природных зон. При этом для каждой природной зоны
указанная зависимость получена раздельно для залежных (луго-
вых, степных) и распаханных под зябь склонов в пределах су-
песчаных (легкосуглинистых) и суглинистых почвогрунтов. По-
лученные зависимости характеризуются коэффициентами корре-
ляции Д’= 0,78 4-0,90 и относительной средней квадратической
ошибкой 17—12 %. На рис. 4.13 приведена заимствованная из
работы [65] зависимость вида (4.22) для склона с суглинистыми
почвогрунтами, расположенного в лесостепной зоне.
Зависимость вида (4.22) используется для оценки влияния
агролесомелиоративных мероприятий на склоновый сток путем
сопоставления средних значений коэффициентов зимне-весеннего
стока за различные по водности периоды для залежных и распа-
ханных под зябь и залесенных склонов, вычисленных по графи-
кам связи с равновеликими значениями индекса и уклона склона.
Результаты сопоставления свидетельствуют о значительном умень-
шении поверхностного стока па распаханных склонах, причем
уменьшение зависит от общей увлажненности зоны, водности лет,
почвогрунтов и уклонов. Учет влияния глубины вспашки и проти-
воэрозионпых мероприятий па уменьшение склонового стока про-
изводится введением специальных коэффициентов, полученных
опытным путем.
Оценка влияния лесных полос па склоновый сток производится
иа основе зависимости последнего от залесеппости водосборов.
165
Уменьшение склонового стока на 1 % залесенности оказалось
равным 1 % при перекрестном расположении лесных полос (вдоль
и поперек склонов) и 1,4 % при расположении последних преиму-
щественно поперек склонов.
Рис. 4.13. Зависимость (4.22) для склона (зябь) с суглинистыми почвогрун-
тами для лесостепной зоны [65].
Цифры у точек — индекс увлажненности и промерзаемостн почвогрунтов в метровом слое.
Оценка изменений грунтовой составляющей стока производится
на основе построения и анализа зависимостей вида
а' = ч^Яг), (4.23)
где Нг — глубина залегания уровня грунтовых вод от поверхно-
сти земли (мощность зоны аэрации); а' — коэффициент питания
грунтовых вод осадками, вычисляется по формуле
«' = ^нгВ/Р, (4.24}
166
где Р годовые атмосферные осадки; IFnrB — питания грунтовых
вод за год, мм; определяется по методу В. Е. Водогрецкого [65],
основанному на использовании данных о режиме грунтовых вод
и данных о водно-физических свойствах почвогрунтов в зоне ко-
лебания их уровня.
Метод позволяет рассчитывать питание грунтовых вод в раз-
личные фазы режима их уровня: в периоды подъема и понижения
уровня, а также в условиях его постоянства.
Рис. 4.14. Зависимость
(4.23) в средние по
увлажненности годы
в степной зоне [65].
а — залежь, б — пашня; 1 —
супесчаные почвогрунты, 2 —
суглинистые почвогрунты.
Зависимости (4.23) построены отдельно для залежных (луго-
вых, целинных), распаханных под зябь (сельскохозяйственные
угодья), и лесных склонов для преобладающих супесчаных или
суглинистых почвогрунтов зоны аэрации в пределах лесной, лесо-
степной и степной зон европейской части СССР, лесостепной и
степной зон Северного Казахстана н Западной Сибири для лет
с различной увлажненностью атмосферными осадками. Коэффи-
циенты корреляции зависимостей равны /? = 0,75 4-0,95 с относи-
тельной средней квадратической ошибкой 17—12 %. Зависимости
(4.23) показывают уменьшение коэффициента питания грунтовых
вод и' с увеличением глубины залегания их уровня.
На рис. 4.14 приведены графики зависимости вида (4.23), по-
лученные Водогрецкнм для различных типов почвогрунтов в степ-
ной зоне европейской части СССР. На графиках нетрудно обна-
ружить заметное увеличение питания грунтовых вод на пашне
по сравнению с залежью.
Расчет возможного уменьшения склонового и увеличения грун-
тового стока для конкретных водосборов или их частей произво-
дится по формулам, структура которых основана па принципе
весового осреднения главных факторов, влияющих на изменения
склонового и грунтового стока, а именно: осадков (годовых и
зимне-весенних), доли площадей под угодьями с учетоги различий
в почвах, уклонах склонов и глубинах до уровня грунтовых вод,
площадей с различной агротехнической обработкой и т. д. [05].
167
Результирующее изменение стока под влиянием агролесомелио-
ративных мероприятий ДУаг определяется по формуле (4.20).
Естественно, что если агролесомелиоративные мероприятия
влияют на общий годовой сток, уменьшая его поверхностную и
увеличивая подземную составляющую, то влияние происходит
в результате изменения суммарного испарения. Поэтому для кон-
троля полученных результатов расчета по формуле (420) разра-
ботана методика оценки влияния агролесомелиоративных меро-
приятии, леса и лесных полос на суммарное испарение. Методика
основана на сопоставлении измеренных данных по испарению
с различных угодий (пар, поле под яровыми, озимыми и пропаш-
ными культурами) относительно испарения на залежных (целин-
ных и луговых) участках; для анализа использованы материалы
наблюдений за многолетний период 16 воднобалансовых и агро-
метеорологических станций, расположенных в различных природ-
ных зонах европейской части СССР, Северного Казахстана и За-
падной Сибири. Сравнение значений испарения с сельскохозяй-
ственных полей и с целины (залеж, луг) показало, что соотноше-
ния зависят не только от вида культур, но и от увлажненности
года. Превышение испарения с сельскохозяйственных угодий над
испарением с целины во влажные годы более значительно, чем
в годы среднего и недостаточного увлажнения, что необходимо
учитывать при расчетах. По данным наблюдений во всех клима-
тических зонах испарение с сельскохозяйственных культур не-
сколько больше, чем с целины (на 3—9%), причем это превы-
шение ДЕ больше с озимых, чем с яровых культур. Испарение
с чистого пара значительно меньше (на 20—40 %) испарения
с целины.
На основании обобщения имеющихся экспериментальных ма-
териалов для различных климатических зон и разных по степени
увлажнения периодов получены среднемноголстпис значения испа-
рения с сельскохозяйственных угодий (отдельно для озимых и
яровых культур и чистого пара) и их изменений для целинных
и залежных земель, которые и используются затем для расчетов
применительно к конкретным речным водосборам. При этом пло-
щади, занятые под сельскохозяйственные угодья, принимаются
по данным областных земельных управлений или путем специаль-
ных обследований.
Для вычисления значений ДЕ па водосборе в абсолютных зна-
чениях необходимо знать испарение с целины, которое было бы
в пределах площадей, занятых сельскохозяйственными угодьями.
Для этого авторам метода рекомендуется производить расчет
испарения с целины по следующей зависимости:
пммиГпш.млаРг"ОС ис,|а₽е1|ие с полипы; _ „спариемость;
ТС.1ЛОТ “ и" паре,шГ"С; “ осадки; /. - удельная
168
Правая часть зависимости (4.25) представляет собой широко
известный радиационный индекс сухости.
Зависимость (4.25), полученная В. Е. Водогрецким по мате-
риалам различных воднобалансовых и агрометеорологических
станций нашей страны, показана на рис. 4.15.
Оценка влияния лесомелиоративных мероприятий на испаре-
ние производится на основании сопоставления данных по испаре-
нию с целины, полученных по зависимости (4.25), и испарения
Рис. 4.15. Зависимость (4.25) для целины (луг)
[65].
Номера станций: / — Валдайская, ~ — Прибалтийская,
3 — Белогорка, 4 — ^Молдавская, 3 — Нижнсдсвицкая, 6 —
Каменная Степь, 7 — Аскания Нова, 6’ — Дубовская, 5 —
Федоровский зерносовхоз, 10—Омск, 11— Западно-Казах-
станская, 12 — Кустанайская.
с лесных полос, которое также рассчитывается по аналогичной
зависимости от радиационного индекса сухости
(4.25')
Для построения зависимости (4.25') испарение с лесных полос
вычислялось по экспериментальным данным па опытных лесных
участках с использованием уравнения водного баланса в виде
Дли = р - у п + (№>, - №к) - ^пгв, (4.26)
где Уп — поверхностный сток; Uzn, WK — влагозапасы в почвогрун-
тах зоны аэрации в слое 3—4 м соответственно в начале и конце
теплого периода; 1^Лгв — питание грунтовых вод атмосферными
осадками.
В качестве примера на рис. 4.16 представлен график зависи-
мости вида (4.25') для лиственного и соснового леса в лесостеп-
ной зоне. Расчет изменения испарения под влиянием агролесо-
мелиоративных мероприятий производится по формуле (4.21),
учитывающей осредненные значения ДЕ с различных угодий и
площади этих угодий в пределах речного водосбора. Полученные
Водогрецким результаты расчетов изменений суммарного стока
под влиянием агролесомелиоративных мероприятий по формуле
(4.20) в общем оказались довольно близки к результатам оценки
169
изменений суммарного испарения по формуле (4.21) как по от-
дельным зонам, так и для конкретных водосборов.
В целом изложенная методика достаточно проста в практиче-
ском применении. Вспомогательные таблицы, составленные на
основании зависимостей изменения склонового стока, питания
грунтовых вод атмосферными осадками и испарения с почвы от
обусловливающих их факторов, значительно упрощают расчеты и
позволяют для любого водосбора реки (лога)^ озера или склона
рассчитать изменения стока в годы различной водности по дан-
Рис. 4.1G. Связь (4.25) для
лиственного (/) и соснового (2)
леса в лесостепной зоне.
ным о физико-географических характеристиках, сельхозугодьях,
почвогрунтах, уклонах склонов и глубинах залегания грунтовых
вод. Методика позволяет оцепить изменения стока относительно
любого периода с различным уровнем сельскохозяйственного и ле-
сомелиоративного освоения. Подробное описание методики с при-
мерами ее применения в различных условиях дано в специальных
методических указаниях [188].
Следует отмстить, что изложенная выше методика оценки
влияния агролесомелиораций на сток рек Водогрецким [GG] пред-
ложена в несколько ином виде, а именно все нелинейные много-
факторные зависимости вида (4.22) — (4.26) (часть из которых
показана на рис. (4.13) — (4.16)), а также различные табличные
материалы представлены в виде сложных эмпирических формул
для отдельных природных зон: лесной, лесостепной и степной зон
европейской части СССР, стенной зоны Северного Казахстана и
юга Западной Сибири. Эти сугубоэмпирические формулы, назван-
мепр1аВТ0Р°М <<ЭМП11Рико-математическими моделями» процесса из-
впосят iiu3?Ka под в-'1НЯ1П1ем агролесомелиораций, естественно, не
тодику; точно^ьИ717ИаХодГ° ” РазР‘‘б('™"’Ую МС’
погрешностей пр,, а.шпптатеском ""ЖС За СЧСТ
мостеи, а при практических расчетах
в оценках роли того или иного фактоп
форму;!4! большая ппостотГ1’ едИ11стиеи,|ое преимущество таких
на ЭВМ. простота составлении алгоритма при расчетах
описании нелинейных завнеи-
отсутствует наглядноегь
а в изменении стока в за-
170
По методике ГГИ, разработанной В. Е. Водогрецким, выпол-
нена оценка происшедших и ожидаемых в перспективе изменений
стока под влиянием агролесомелиораций всех больших рек СССР,
а также большого числа средних и малых водосборов лесостепной
и степной зон, интенсивно используемых в сельскохозяйственном
отношении; основные результаты расчетов для многих речных
водосборов приведены в работах [63, 65]. Для очень малых реч-
ных бассейнов в степной и лесостепной зонах, пе дренирующих
подземные воды, поверхностный сток при проведении агролесоме-
лиоративных мероприятий резко уменьшается, что приводит
практически к такому же уменьшению полного стока—до 20—
40 %. Для рек, дренирующих подземные воды, уменьшение скло-
нового стока сопровождается существенным увеличением запасов
подземных вод. В результате происходит некоторое уменьшение
общего годового стока рек с заметным повышением его подземной
составляющей. Например, для средних рек, расположенных в ле-
состепной зоне европейской части СССР (Сосна, Воронеж, Битюк,
Хопер, Медведица), уменьшение полного стока к 1970—1975 гг.
под влиянием агролесомелиораций составило 1—9 %, при этом
поверхностный сток уменьшился па 7—19%, а грунтовый сток
увеличился на 7—13 %. В перспективе изменение полного стока
остается примерно па том же уровне при значительно большем
перераспределении между поверхностной и подземной составля-
ющими.
Наибольшие изменения годового стока под влиянием агролесо-
мелиораций имеют место на водосборах с преобладающими сугли-
нистыми почвогрунтами (в пределах южной части лесостепной и
степной зон — па 7—20 %).
Чем больше супесчаных и легкосупссчапых почв па водосборе
в пределах пашни, тем меньше (всего 0—5 %) снижение стока
при той же площади распашки.
О преобразовании структуры годового стока малых и средних
рек под влиянием агролесомелиоративных мероприятий свидетель-
ствуют и результаты анализа динамики характеристик стока по
данным многолетних воднобалансовых наблюдений, выполненные
например, В. Г. Боженко [17] для опытных водосборов Нижпе-
девицкой воднобалансовой станции, типичной для Центрально-
черноземных областей. На этих водосборах за период 1954—
1973 гг. при увеличении площадей под зябь с 30 до 90—95 % (от
всей пашни), облесенности в виде лесных полос до 4 %, повыше-
нии урожайности зерновых культур в 3 раза произошло значи-
тельное увеличение грунтовой составляющей в общем годовом
стоке рек и ручьев с 30 50 до 75—85 %. При этом общее зна-
чение годового стока практически пе изменилось.
Значения изменений годового стока крупных рек СССР на
1970—1975 гг. и на конец XX в. под влиянием агролесомелиора-
ций приведены в табл. 4.12. Эти значения в среднем близки
к значениям, полученным по нормативам ГГИ 1963 г. Для рек
Волги, Оки и Оби они составляют всего 0,3—1,0% годового
171
Таблица 4.12
Уменьшение годового стока крупных рек СССР под влиянием
агролесомелиоративных мероприятий (по расчетам В. Е. Водогрецкого [65])
Река—пункт F тыс. км2 КМ3 Уменьшение стока, ——
на 1970-1975 гг. на 2000 г.
Волга — г. Волгоград 1360 2,64 2,64
1,0 1,0
Ока — г. Горбатов 244 0,10 0,07
0,3 0,2
Урал — устье 237 0,6 1,1
5,3 9,6
Доп — г. Георгиу-Деж 69,5 0,28_ 0,28
3,5 3,5
Дон — устье 422 1,52 1,69
5,5 6,1
Днепр — устье 500 2,6 3,1
4,7 5,6
Днестр — устье 72,1 0,20 0,17
2,1 1,8
Южный Буг — устье 63,7 0,23 0,24
7,4 7,7
Обь — г. Новосибирск 252 0,45 0,45
0,8 0,8
Иртыш — устье 1643 2,3 3,3
3,1 4,5
стока, для рек Урала, Допа, Днепра, Днестра, Южного Буга и
Иртыша — 2—7% на 1970—1975 гг. и 1,8—9,6 % на конец XX в.
Следует отметить, что упомянутые или описанные выше методы
оценки (М. И. Львовича, А. П. Бочкова и В. Е. Водогрецкого)
относятся лишь к агролесомелиорациям в условиях Континенталь,-
ного климата лесостепной и степной зон Евразии со стоком рек,
формирующимся преимущественно в период весеннего половодья.
В других физико-географических условиях агротехнические
мероприятия, имея иной характер, могут совершенно иначе ска-
гпдР°логпческих характеристиках речных водосборов.
АйЕ гпРр гОпПДп"1,ЫМ американских исследователей [296] в штате
ложней в осадкн составляют 800 мм и выпадают в виде
' основном в вегетационный период перевод земель па
больших территориях из пастбищ с глубокой корнево й системой
примещю наТо TtTyPbI с,юсобствУет Увеличению годового стока
ние. Несголкип ° 33 ^чет ме1,ьших потерь па суммарное испаре-
шые данные получены для других районов США.
172
Так, по данным [330], полученным для двух небольших водосбо-
ров в бассейне р. Кор-Крик (штат Пенсильвания) интенсивные
агротехнические и противоэрозийные мероприятия не привели
к сколько-нибудь заметным изменениям объема годового стока
исследуемой реки по отношению к контрольному водосбору. Со-
гласно исследованиям на четырех экспериментальных водосбо-
рах в Северных Аппалачах (штат Огайо) за 1939—1967 гг. [346],
в результате развития землепользования и повышения урожай-
ности годовой и сезонный сток со временем постепенно умень-
шился, а затем уменьшение прекратилось. При этом наблюдения
по лизиметрам показали, что развитие землепользования умень-
шило просачивание на обработанных участках.
4.3.4. О влиянии урожайности на испарение и сток рек
Для многих районов вопрос влияния повышения урожайности
сельскохозяйственных культур на общую увлажненность и вод-
ность рек является очень актуальным в связи с намечаемым
в перспективе резким повышением продуктивности земледелия за
счет химизации, селекции и внедрения передовой агротехники.
Влиянию урожайности на процессы и объем водопотребления
растениями посвящено большое число исследований, основные
результаты и анализ которых применительно к оценке изменений
водного баланса территорий и речных бассейнов приводятся, на-
пример, в работах В. В. Рахманова [231], А. Г. Булавко [38],
А. И. Коронкевича [145]. Особенно обстоятельно этот вопрос
рассмотрен в работе В. В. Рахманова [231], который на основа-
нии анализа результатов теоретических и экспериментальных ис-
следований, опубликованных в разных странах мира нс только
гидрометеорологами, по и специалистами по физиологии растений
и агрономами, пришел к выводу, что усиление роста различных
растений, в том числе сельскохозяйственных культур, и повыше-
ние их урожайности далеко не всегда связано с увеличением по-
требления воды. При создании благоприятных внешних условий,
при развитии селекции и применении новейших средств ускорения
роста и уменьшения потребления влаги можно получать высокие
урожаи даже в засушливых районах, а ресурсы почвенной влаги
"будут расходоваться целесообразнее и эффективнее [231]. Тем пе
менее до настоящего времени этот вопрос в какой-то степени
имеет дискуссионный характер, однако можно сделать общий
вывод, который состоит в том, что повышение культуры земледе-
лия и рост урожайности сопровождаются снижением относитель-
ного водопотребления и более экономным использованием воды
растениями. В связи с этим полный расход воды сельскохозяй-
ственными полями при увеличении урожайности в несколько раз
увеличивается весьма незначительно, причем частично за счет
уменьшения непродуктивного испарения с почвы.
По расчетам А. Р. Константинова и Л. Р. Струзера [138, 2311,
суммарное испарение в степных и лесостепных районах европен-
173
ской части СССР после осуществления полного комплекса агро-
лесомелиоративных мероприятий несколько увеличится, что при-
ведет к некоторому снижению годового стока рек (в пределах
9 %). Из этих же данных следует, что в среднем для четырех
районов (Цсптралыю-Чсрпоземпого, Сыртового Поволжья, Саль-
ских степей и Центральной Украины) валовый расход воды может
возрасти в будущем па 13 %, за вегетационный период на 55%.
По расчетам А. Г. Булавко [38], планируемое в Белоруссии по-
вышение средней урожайности сухого вещества с 26 до 55 ц/га
приведет к увеличению испарения за вегетационный период на
30—35 мм («20 %); вместе с тем при таком увеличении урожай-
ности в условиях нечерноземной зоны речной сток существенно
не изменится. По оценкам И. И. Коропкевича [140], перспектив-
ное увеличение транспирации на полях в целом для всей зоны
недостаточного и неустойчивого увлажнения оценивается в 42 %,
а увеличение суммарного расхода воды — в 15%.
Канадские ученые [353], исследуя многолетние ряды стока
малого бассейна в провинции Альберта (7? = 1,84 км2) за 1914—
1979 гг., пришли к выводу, что сток за период с интенсивной
хозяйственной деятельностью (1967—1979 гг.) уменьшился на
53 % по сравнению с естественным стоком за 1914—1932 гг. Это
уменьшение они объясняют увеличением внесения удобрений и
повышенном урожайности (с 1950 г. применение удобрений воз-
росло в 5 раз, с этого же периода растет урожайность, с 1965 по
1980 г. она удвоилась). Авторы оспаривают точку зрения ученых,
которые считают, что урожайность и водопотребление растений
слабо связаны. По их мнению, если первоначальное увлажнение
земель мало, то это действительно так, однако в случае доста-
точной увлажненности (как это было в рассмотренном бассейне)
влияние удобрений увеличивает транспирацию растений, что и
послужило причиной снижения стока. С выводами канадских уче-
ных трудно согласиться; видимо, они недостаточно учли роль из-
менения метеорологических элементов за сравниваемые периоды,
а также другие (кроме интенсификации земледелия) факторы
хозяйственной деятельности.
Вопросы количественной оценки изменений испарения и стока
при проведении агролесомелиоративных мероприятий и повыше-
нии урожайности очень сложны и требуется тщательный, объек-
тивный анализ и надежное всестороннее обоснование получаемых
выводов. Например, Л. И. Зубов [ПО], анализируя расчеты испа-
рения, выполненные А. Р. Константиновым [138], приходит к со-
вершенно другим выводам, чем Константинов; Зубов считает, что
при применении в сельском хозяйстве полного комплекса агро-
мелиоративных мероприятий следует ожидать некоторого увели-
чения стока рек.
Связь водопотребления с урожаем биомассы детально рассмот-
рена в исследованиях А. М. Алпатьева [3]. Этот автор по данным
оптимальной влагообеспечеииости при низких и средних исходных
урожаях считает, что увеличение биологической продуктивноегп
174
земледелия приводит к существенному увеличению расхода воды
на суммарное испарение. При высоких исходных урожаях даль-
нейшее повышение биологической продуктивности практически не
сказывается на суммарном испарении. В условиях недостаточного
увлажнения потребление воды растениями значительно меньше
потребности и определяется ресурсами почвенной влаги. В этой
зоне при глубоком залегании грунтовых вод непосредственным
влиянием роста урожайности на речной сток практически можно
пренебречь.
В общем анализ отечественных и зарубежных исследований
позволяет, по-видимому, сделать вывод, что повышение урожай-
ности сельскохозяйственных культур даже в несколько раз не по-
влечет за собой существенного увеличения суммарного испарения
и истощения водности рек на больших территориях в районах
интенсивного сельскохозяйственного производства.
4.4. О влиянии сельскохозяйственного водоснабжения
на сток рек
В сельском хозяйстве, помимо орошения, вода расходуется на
хозяйственно-бытовые нужды населения, потребляется животно-
водством, тратится на полив огородов и приусадебных участков,
благоустройство сельских населенных пунктов; все эти затраты
воды и определяют объемы сельскохозяйственного водоснаб-
жения.
Приближенную оценку общих затрат воды па сельскохозяй-
ственное водоснабжение того пли иного региона пли речного бас-
сейна обычно производят по среднему значению удельного недопо-
требления (в литрах за сутки па одного сельского жителя) и
численности сельского населения. Значения удельного недопотреб-
ления зависят в основном от наличия централизованных систем
водопровода и канализации, а также климатических условий и
изменяются от 20—30 до 250—350 л/сут па одного жителя. Для
отдельных районов развивающихся стран (Сомали, Танзании,
Индонезии, Аргентины, Бразилии) в связи с недостатком прес-
ных водных ресурсов, по данным [303], водопотребленне сельским
населением составляет всего 5—14 л/сут на одного жителя. Без-
возвратные потерн воды при сельскохозяйственном водоснабже-
нии определяются обычно в процентах от водозабора и зависят
прежде всего от объема водозабора и климатических условий. При
недопотреблении в 100—250 л/сут на человека безвозвратные по-
тери обычно не превышают 15—30 % от водозабора, в то время
как при малых водозаборах в 20—50 л/сут они могут достигать
70—ЮО %. При прочих равных условиях относительная величина
безвозвратных потерь значительно увеличивается с севера иа юг
и повышается в жаркие, засушливые годы и периоды.
Проблема обеспечения высококачественной питьевой водой на-
селения сельских районов и животноводства играет важнейшую
175
роль в жизни многих регионов и целых стран, расположенных
в сухих районах, однако, применительно к водным ресурсам и
водному балансу крупных регионов общие затраты воды па сель-
скохозяйственное водоснабжение невелики по сравнению с водо-
потреблением иа орошение и чаще всего учитываются совместно
с ним.
В отдельных странах (например, США, Австралия, Брази-
лия) значения сельскохозяйственного водоснабжения нередко
Приводятся в литературе совместное потреблением воды городским
населением. Например, в СССР на уровень 1980 г. суммарный
объем воды на сельскохозяйственное водоснабжение оценивается
в 8,2 км3/год, в том числе безвозвратное водопотребление
6,8 км3/год, что составляет соответственно 4,6 и 5,7 % от величины
полного и безвозвратного водопотребления на нужды орошаемого
земледелия [302]. Близкие показатели характерны и для США,
где значения сельскохозяйственного водоснабжения составляли
в 1980 г. соответственно 3,7 и 4,7 % от водопотребления на оро-
шение.
Затраты воды на сельскохозяйственное водоснабжение, есте-
ственно, не остаются постоянными для того пли иного региона
и изменяются пе только в зависимости от численности сельского
населения, но и от динамики удельного водопотребления. Во всех
регионах пашей страны в перспективе до 1990—2000 г. в связи
с планируемым широким внедрением централизованных систем
водопроводов и канализации в сельской местности удельное водо-
потребление на сельскохозяйственное водоснабжение возрастет,
а относительные безвозвратные потери заметно уменьшатся.
Что касается влияния сельскохозяйственного водоснабжения
на количественные характеристики речного стока, то очевидно,
что для больших и средних водосборов оно очень невелико и, как
правило, пе может оказать сколько-нибудь заметного влияния не
только па годовой и максимальный сток, но и па другие характе-
ристики гидрологического режима в замыкающих створах. Для
малых речных бассейнов в густо населенных сельскохозяйствен-
ных районах это влияние может быть весьма заметным. Следует
отметить, однако, что экспериментальные данные по влиянию
полного, а тем более безвозвратного водопотребления на гидроло-
гический режим речных бассейнов практически отсутствуют.
Крайне недостаточно и работ, в которых приводились бы экспе-
риментальные данные по структуре сельскохозяйственного водо-
потребленпя и водоотведения в тех или иных регионах. В одной
из таких работ приводятся экспериментальные данные по систе-
мам сельскохозяйственного водоснабжения Казахстана [131]. Ре-
зультаты этой работы подтверждают достаточно тесную прямую
зависимость между недопотреблением и температурой воздуха.
Установлено также, что температура воздуха ниже 6—8 °C и выше
35 С существенного влияния на сельскохозяйственное недопотреб-
ление не оказывает. Полученные данные свидетельствуют, кроме
того, о связях между влажностью воздуха и недопотреблением —
176
с увеличением относительной влажности водопотребление умень-
шается.
Влияние сельскохозяйственного водоснабжения на сток рек
определяется путем сравнения безвозвратного потребления воды
на сельскохозяйственное водоснабжение в бассейне ДУсхв и соот-
ветствующих характеристик речного стока. При этом величина
ДУсхв оценивается по суммарному водозабору QB36 и соответству-
ющему коэффициенту КСхв, представляющему собой долю безвоз-
вратного водопотребления в объеме полного водозабора £Фв.зб
ДУ СХВ - ^Ссхв £(2взб. (4-27)
Величина £QB3o принимается по данным фактического учета
или оценивается по удельному водопотреблепшо и числу сельских
жителей.-Значение коэффициента 7(Схв устанавливается ориенти-
ровочно по опытным или проектным данным в зависимости от
удельного водопотребления и климатических условий. Например,
для приближенной оценки влияния сельскохозяйственного водо-
снабжения на среднегодовой сток больших рек СССР, в бассей-
нах которых представлены самые разнообразные сельские насе-
ленные пункты, необходимые значения характеристик в формуле
(4.27) определяются следующим образом:
1) объемы полного водопотребления Qn;i6 принимаются на
основании разработок, выполненных проектными водохозяйствен-
ными организациями в связи с подготовкой научно-технических
прогнозов комплексного использования и охраны водных ресурсов
страны до 1900—2005 гг. и обобщенным по речным бассейнам и
регионам страны на различные расчетные уровни;
2) значения KCKli на уровень 1980 г. оцениваются от 0,70 до
0,90 соответственно для северных и южных регионов; в перспек-
тиве до 2000 г. в результате повсеместного строительства систем
водопроводов и канализации предполагается уменьшение указан-
ных значений до 0,50 в северных и 0,70 в южных регионах;
3) в маловодные годы с высокой температурой воздуха и ма-
лым количеством осадков приведенные значения /<схв возрастают
па 15—25 %, а во влажные, многоводные годы — примерно на
столько же уменьшаются.
Полученные по указанной схеме значения ДУСХц составляют
к примеру для бассейна р. Волги 1,0 км3/год на уровень 1980 г.
и 1,10—1,20 км3/год на уровень 1990—2000 гг., или всего 0,4—
0,5 % среднегодового стока реки.
Неизмеримо большее воздействие оказывает сельскохозяй-
ственное водоснабжение па качество природных вод, тем более,
что надежная очистка сточных вод в сельской местности чаще
всего не производится. Особенно большой ущерб водным объек-
там наносят сточные воды крупных животноводческих комплек-
сов; сбрасывая в гидрографическую сеть большое количество био-
генов, они являются одной из причин интенсивного евтрофирова-
нля водоемов в районах с теплым и умеренным климатом.
12 Заказ № 15!)
177
Глава
Влияние леса и лесотехнических мероприятий
на речной сток и водный баланс*
5.1. Общие положения
Проблема гидрологической роли леса изучается в разных стра-
нах мира многие десятки и даже сотни лет. Пожалуй, ни одной
гидрологической проблеме не посвящено такое количество пуб-
ликаций, как этой и в тоже время ни по одной из них не выска-
зываются столь разноречивые суждения и выводы. Особенно боль-
шой объем исследований выполнен начиная с 50-х годов текущего
столетия в связи с интенсификацией хозяйственной деятельности,
резким увеличением потребления пресной воды в мире и дефи-
цитами водных ресурсов; массовыми вырубками лесов и лесовос-
становительными работами, обусловленными, с одной стороны, по-
вышенными требованиями на лесоматериалы и древесину, а с дру-
гой— постоянно возрастающей ролью лесов как рекреационного
и природоохранного фактора.
Число публикаций по проблеме непрерывно растет; наряду
с многочисленными научными статьями и докладами в различных
журналах и трудах только за последние 20 лет в СССР опубли-
кован целый ряд обобщающих монографий, посвященных гидро-
климатической и природоохранной роли леса, среди которых
прежде всего следует назвать работы Л. А. Молчанова [197, 198],
В. В. Рахманова [232, 233], С. Ф. Федорова [268], А. В. Побс-
динского [222], В. В. Протопопова [228], 10. Л. Раунсра [229],
А. В. Лебедева [164], А. А. Соколова [252], И. С. Шпака [306],
П. Ф. Идзона [59, 117], В. Е. Водогрецкого {65], Н. С. Мелихова
[182], В. Т. Николаенко [205].
Различные аспекты рассматриваемой проблемы только в по-
следние годы обсуждались в СССР иа многих всесоюзных сове-
щаниях и конференциях: в 1973 г. в Ленинграде на IV Всесоюз-
ном гидрологическом съезде, в 1974 г. в г. Владивостоке па кон-
ференции по водоохранно-защитной роли леса, в 1975 г. в г. Крас-
ноярске на совещании но водоохранно-защитной роли горных
лесов, в 1976 г. в г. Таллинне на симпозиуме по лесу и его роли
в охране окружающей среды, в 1986 г. в г. Ленинграде на V Все-
союзном гидрологическом съезде.
Специально этой проблеме были посвящены хорошо известные
специалистам международные симпозиумы по лесной гидрологии
* Глава написана совместно с О. И. Крестовским.
178
в 1965 г. в Пенсильвании (США) и по влиянию леса на внешнюю
среду в 1970 г. в г. Москве (СССР); актуальные аспекты про-
блемы рассматривались и на многих других международных сове-
щаниях и семинарах гидрологов, климатологов, лесоводов, спе-
циалистов по охране окружающей среды, в частности, в 1979 г.
в Смоленице (Чехословакия) на конференции по управлению
окружающей средой иа сельскохозяйственных водосборах [322]
и в 1980 г. в г. Хельсинки (Финляндия) па симпозиуме по влия-
нию хозяйственной деятельности иа водный баланс [322].
Следует отметить, что многие важнейшие аспекты гидроклп-
матической роли леса практически общепризпаны и не вызывают
принципиальных дискуссий. Среди них такие, как благотворное
влияние леса на микроклиматические условия, на процессы очи-
щения воздуха и воды, водорегулирующие и противоэрозионные
свойства лесных массивов — все это обусловливает хорошо извест-
ную огромную ценность и роль лесов как мощного природоохран-
ного и рекреационного фактора. Однако до настоящего времени
среди специалистов во всем мире дискутируются вопросы влияния
леса и лесохозяйственных мероприятий на суммарные водные ре-
сурсы и водный баланс территорий и крупных речных бассейнов
и здесь нередко высказываются и обосновываются не только раз-
норечивые, ио и прямо противоположные суждения и выводы. Су-
щественно различные точки зрения ио этим вопросам имели место
(да и в какой-то степени имеют до настоящего времени) среди
гидрометеорологов и лесоводов Советского Союза; хотя нужно
отметить, что в связи с проведенными в последние два десятиле-
тия комплексными экспериментальными исследованиями в разных
районах страны позиции большинства специалистов по рассмат-
риваемым вопросам заметно сблизились. Во всяком случае
к настоящему времени вполне можно считать, что на основании
обобщения теоретических и экспериментальных данных созданы
научные основы методов оценки и прогноза влияния лесохозяй-
ственных мероприятий на водный баланс, водные ресурсы и гид-
рологический режим речных бассейнов.
В настоящей главе приводятся основные результаты и выводы
выполненных в СССР (главным образом за последние два деся-
тилетия) исследований по влиянию леса на элементы гидрологи-
ческого цикла (осадки, транспирацию и испарение, речной сток),
а также по оценке и прогнозу воздействия лесохозяйственных
мероприятий па водный баланс, водные ресурсы и гидрологиче-
ский режим.
5.2. Влияние леса на осадки и накопление снега
При сопоставлении водного баланса залесенных и безлесных
территорий первоочередной задачей является надежная оценка
приходной составляющей баланса — осадков. Различия в коли-
честве осадков, выпадающих и накапливающихся в лесу, по
12*
179
сравнению с прилегающими безлесными территориями (луга, паш-
ни, сельскохозяйственные культуры) обычно объясняют разли-
чиями в процессах образования, выпадения и накопления осадков
за счет:
— динамической шероховатости подстилающих поверхностей;
— конденсационных факторов;
— задерживающей способности растительности;
— факторов формирования снежного покрова.
Рассмотрим роль каждого из этих факторов в формировании
осадков в лесу и в поле.
Прежде всего влияние леса на осадки заключается в том, что
он создает дополнительную шероховатую поверхность для дви-
жущихся приземных масс воздуха, замедляет и турбулизирует их
движение, обусловливая возникновение восходящих потоков воз-
духа, способствующих их охлаждению и облакообразованию и,
как следствие, большему выпадению осадков над зелесениыми
территориями. Впервые в нашей стране эта мысль была выска-
зана крупнейшим климатологом А. И. Воейковым еще в конце
XIX в., а впоследствии — известными гидрологами М. А. Велика-
новым, Г. П. Калининым, Д. Л. Соколовским. В настоящее время
эта концепция находится в основе многих современных исследова-
ний по влиянию леса на осадки. Однако в количественном отно-
шении роль этого фактора различными авторами оценивается
по-разному — от 2 до 8 % для годовой суммы осадков [65, 151,
164, 215, 233, 268].
Статистическая оценка, выполненная по многим десяткам и
сотням метеостанций в различных районах СССР, в общем сви-
детельствует о том, что над лесом за счет большей динамической
шероховатости осадков выпадает несколько больше, чем над без-
лесными территориями. Однако этот вывод является далеко не
общепризнанным. Ввиду того, что полученное увеличение очень
незначительно (по последним данным 4—6%), а методика изме-
рений осадков несовершенна и точность невелика и различна для
осадкомсров, расположенных в лесу и в поле (из-за неодинаковых
ветровых условий) многими учеными в нашей стране [143, 259]
эти выводы не принимаются и не учитываются в водпобалаисовых
исследованиях и при разработках методов прогнозов стока; ука-
занный вопрос требует дальнейшего изучения.
Следует отметить также, что влияние леса на осадки как фак-
тора дополнительной шероховатости физически может быть объ-
яснено лишь для равнинной территории, для полуторных и горных
районов этот фактор вряд ли может быть значимым.
При рассмотрении гилроклиматический роли леса нередко
указывают па большие возможности образования в лесах кон-
денсационных или «'горизонтальных» осадков в виде росы, инея,
изморози и т. и.
Экспериментальные данные разных авторов показывают, что
конденсационные осадки в лесах европейской части СССР и Си-
бири, а также в степях Северного Казахстана составляют от 2
180
3 до 7—10 % годовой суммы, значительно большие значения (да
15—36 %) получены для районов вечной мерзлоты Центральной
Якутии и Колымы, а также для лесов Приморского края, где они
могут достигать 100—150 мм за теплый период [61, 70, 164, 215».
228]. Еще большие значения конденсационных осадков измерены
во многих других странах мира, особенно в горных приморских
районах, о чем свидетельствует обзор многочисленных работ, вы-
полненный В. В. Рахмановым [233]: иа долю конденсационных
осадков в указанных районах приходится до 20—25 %, а в особо
благоприятных условиях и до половины годовой суммы осадков.
В континентальных равнинных районах европейской части
СССР конденсационные осадки вряд ли превышают 3—5 % годо-
вой суммы, причем, по-видимому, их значения в среднем одина-
ковы для леса и безлесных территорий. Действительно, для обра-
зования конденсационных осадков прежде всего необходимо два
условия — повышенная влажность и резкие колебания темпера-
туры воздуха в течение суток. Влажность выше в лесу, зато в по-
лях имеют место более резкие перепады температуры; можно
полагать, что эти факторы уравновешивают друг друга и значе-
ния конденсации примерно одинаковы в лесу и в поле. Указанные
обстоятельства подтверждаются средними значениями конденса-
ции влаги в лесной зоне европейской части СССР, обобщенными
в ГГИ на основании материалов, полученных различными авто-
рами [38, 61].
В лесах наибольшая конденсация имеет место па опушках и
составляет 20—30 мм (3—4% годовых осадков), наименьшая —
в 100—150 м от опушек и далее в глубь леса и составляет 5—
10 мм, или 1 % годовых осадков; при этом зимняя конденсация
составляет примерно 10 мм, или 5 % зимних осадков иа опушках
и 5 мм, или 2 % в глубине леса; часть се входит в снегозапасы,
часть испаряется. В полях конденсация влаги примерно равна
20—30 мм за год, пли 3—4 % годовых осадков. Таким образом,
для указанных районов вряд ли есть основания считать, что кон-
денсационные или «горизонтальные» осадки в лесу больше, чем
на безлесной территории.
При изучении водного баланса суши весьма важным является
вопрос задержания части атмосферных осадков растительным
покровом, которые, не достигая почвы, расходуются затем па не-
продуктивное испарение.
При определении задержания осадков в качестве основных
параметров густоты растительности используется так называемый
индекс листовой поверхности (отношение общей площади всех
листьев к площади, занимаемой растительностью) и водоудержи-
вающая способность растительного покрова. Значения листового
индекса составляют, но данным различных авторов, для листвен-
ных лесов умеренного пояса 4—15. для сосновых — 6—18 и для
елово-пихтовых лесов — 20—40. Как правило, чем больше листо-
вой индекс, тем больше задержание осадков. Под водоудержива-
ющей способностью понимают наибольшее количество влаги,
1HI
которое задерживается растениями при полном их смачивании.
Она зависит от вида и возраста леса и достигает у лиственных
деревьев 0,5—1,2 мм, у сосны— 0,9—1,5 и у ели и пихты 2,8—
4,6 мм, достигая в отдельных случаях 6—8 мм [233]. Следует от-
метить, что водоудерживающая способность не является в полной
мере характеристикой задержания осадков — значительная часть
их, особенно при сильных ветрах, стряхивается и проникает таким
образом под полог леса. Тем пе менее приведенные выше значе-
ния водоудержпвающей способности наглядно показывают, что
суммарное количество осадков, задерживаемых растениями, зави-
сит пе только от их вида и густоты, по и в не меньшей степени
от характера выпадающих осадков в течение рассматриваемого
периода времени. Обычно она тем больше, чем больше в общей
сумме доля слабых осадков, практически полностью задерживае-
мых всеми породами деревьев.
Наиболее полные и детальные экспериментальные данные по
задержанию осадков лесом получены в ВФ ГГИ С. Ф. Федоровым
и О. И. Крестовским [143, 268] для лесных массивов различных
пород, густоты (полноты) и возраста, для твердых и жидких
осадков. О. И. Крестовским [143, 144], кроме того, выполнен ана-
лиз и обобщение многочисленных данных экспериментальных
наблюдений, выполнявшихся в 1900—1980 гг. па территории
СССР и отдельных стран Западной Европы. Анализ показал, что
в отдельных случаях полученные экспериментальные данные явно
завышены, по-видимому, из-за нсучета фактора времени и уста-
новки «эталонных» осадкомеров па небольших полипах среди вы-
сокоствольного густого леса (па таких полянах обычно осадки
больше, чем над лесом). Чтобы получить корректные данные по
количеству влаги, которая задержалась на кронах деревьев и
затем испарилась, необходимо рассматривать явление за довольно
длительные интервалы времени: для жидких осадков — за де-
каду— месяц, а твердых — за весь зимний период, т. с. от начала
выпадения первых твердых осадков до начала интенсивного ве-
сеннего снеготаяния в лесах, когда весь снег на кронах деревьев
исчезает. Осадкомеры должны устанавливаться иа полипах среди
невысокого, изрежеппого, желательно лиственного леса.
Таким условиям отвечают обобщенные данные, представленные
в табл. 5.1.
сезон и за год
В табл. 5.1 приводятся относительные значения осадков, до-
стигающих поверхности почвы в разных ио видовому составу и
густоте (полноте) лесах вне зависимости от их возраста и высоты.
Максимальное задержание осадков за
пптм° (Я р1ОВОГО лсса 11 составляет в среднем 25 % (для пол-
ноты 0,8). Следует отмстить, однако, ЧТо па участках с очень
густым спелым еловым лесом (полнота 0 9__10) а также в гу-
стых молодых ельниках задержание осадков достигает 30—35 %,
гпп мололых сосняках 25 % от выпавших над лесом осад-
ков холодного и теплого периодов года [70, 143, 268]. Поскольку
овои состав и полнота леса не остаются постоянными в тече-
182
Таблица 5.1
Соотношения осадков, достигающих поверхности
почвы и выпадающих над лесом [143, 144]
Вид леса Средняя полнота леса Соотношения осадков за периоды
X-IV V-IX ГОД
Еловый 0,8 0,75 0,75 0,75
0,4 0,80 0,80 0,80
Сосновый 0,8 0,80 0,80 0,80
0,4 0,90 0,90 0,90
Елово-сосновый 0,8 0,75 0,75 0,75
0,4 0,85 0,85 0,85
Смешанный 0,8 0,92 0,80 0,85
0,4 0,97 0,85 0,90
Лиственный 0,8 1,00 0,85 0,90
0,4 1,00 0,90 0,93
Кустарник лиственный с подростом хвойных пород 1,0 0,95 0,80 0,85
Лес на вырубках в воз- расте 10—15 лет 0,5 1,00 0,85 0,90
Редколесье (смешанный лес) и облесенные бо- лота с угнетенной фор- мой развития древостоя 0,1—0,3 1,00 0,95 0,97
ние его роста, то и величина задержания (испарения) осадков
кронами деревьев претерпевает значительные изменения. Так как
значение задержания осадков зависит от объема крон деревьев,
а последнее характеризует вес зеленой массы хвои и листвы, то
должны существовать связи между значениями задержания
осадков и фитомассой древостоев. •
Следует отметить, что для оценки гидрологической роли леса
недостаточно данных только по задержанию осадков лесом, нужно
знать соотношения в значениях задержания осадков лесными
насаждениями и окружающими безлесными территориями — по-
лями, лугами. В то же время надежных данных по задержанию
осадков различными травами п сельскохозяйственными культурами
крайне недостаточно, что во многом объясняется техническими
трудностями организации такого рода экспериментов. Поэтому
о значениях задержания осадков травянистыми ценозами часто
судят по косвенным показателям, в частности по значениям листо-
вого индекса и водоудерживающей способности. По данным раз-
личных авторов, приведенным в работе [233], листовой индекс
трав и сельскохозяйственных культур изменяется от 10 до 85 и
183-
составляет, например, для клевера 26, люцерны 85 и для лугового
разнотравья от 20—50. Указанные величины значительно (в 1,5—
2 раза) больше, чем у лесных насаждений (см. выше). Однако
это совсем не означает, что травы и сельскохозяйственные куль-
туры задерживают осадков больше, чем леса; во-первых, период
.вегетации у них значительно короче, чем даже у лиственных пород
леса и тем более у хвойных, а во-вторых, интенсивность процессов
испарения осадков с крон деревьев и с травянистых растений су-
щественно различается.
По экспериментальным данным А. Г. Булавко [38], в месяцы
с наибольшим развитием травянистых растений значения задер-
жания осадков могут достигать 30—37 % месячной суммы. В сред-
нем за шестимесячный вегетационный период она составляет от
-8—9 % соответствующей суммы осадков для ржи, пшеницы, яч-
меня и до 13-—18 % для картофеля и многолетних трав. В пере-
•счете на год значения задержания примерно в 2 раза меньше
и находятся в пределах 4—9 % годовой суммы осадков. Ориенти-
ровочно это в 1,5—2 раза меньше, чем задержание лиственным
.лесом и в 2—3 раза меньше задержания осадков хвойными паса
ждениями.
Влияние лесов па аккумуляцию снега может рассматриваться
как часть более общей проблемы воздействия па осадки. Но этот
вопрос имеет и большое самостоятельное значение, особенно для
условий равнинной части СССР, где основной речной сток фор-
мируется в период весеннего половодья. Весьма различны и ме-
тоды исследования влияния леса на жидкие и твердые осадки.
Для последнего случая основным методом исследований является
сопоставление результатов параллельных специальных и стандарт-
ных регулярных сиегосъемок в лесу и па открытой местности для
экспериментальных участков и водосборов и для массовой сети
метеостанций Госкомгпдромста СССР.
Специальные снегосъемки, проведенные разными авторами
в течение нескольких десятков лет, убедительно показывают, что
максимальные снегозапасы в лесах заметно больше, чем в откры-
той местности; причем в лесной зоне коэффициент спсгозапасов
составляет 1,10—1,30, увеличиваясь в лесостепной зоне до 1,40—
1,70 и в степной зоне до 1,7—2,5 [198, 164, 228, 233]. Очень
большие значения коэффициентов в лесостепной и степной зонах
относятся к небольшим лесным массивам, где задерживается
дополнительное количество снега, переносимого ветром с обшир-
ных открытых территорий [61].
Особенно большой экспериментальный материал по соотноше-
ниям максимальных снегозапасов в лесах и в полях был получен
в 70—80-х годах на экспериментальных водосборах ВФ ГГИ пу-
тем проведения массовых снегомерных съемок па различных ланд-
шафтах, в результате организации многолетних экспедиционных
воднобалансовых исследований в различных районах лесной и
лесостепной зон европейской части СССР, в степных районах
Казахстана [51, 61, 144, 264]. В результате были получены следу
184
ющие среднемноголетние соотношения максимальных спегозапа-
сов в лесу и поле:
Европейская часть СССР:
северо-запад
центральные районы лесной зоны
северо-восточные районы
лесостепная зона
Степные районы Казахстана
1,20—1,30
1,20
1,10-1,20
1,30-1,80
1,30—2,0
Для небольших массивов леса среди открытых пространств,
в лесной зоне эти соотношения составляют 1,30—1,50, для лесо-
степной и степной зон европейской части СССР 1,5—2,0, а для
степных районов Казахстана 2,0—3,0.
Наиболее детальные исследования и обобщения максимальных
снегозапасов в лесах, различных по видовому составу и густоте,
и на открытых участках различных размеров выполнены в ГГИ
за последние годы [144] для лесной зоны европейской части
СССР. Основные результаты этой работы представлены в табл. 5.2.
Наибольшие снегозапасы имеют место па полянах среди леса, что
подтверждается многими экспериментами [64, 143, 268].
В целом снегозапасы в лесах примерно на 10—20 % больше,
чем па открытой местности и только в густых ельниках они близки
к запасам па полях.
Таблица 5.2
Снегозапасы в лесах и в поле к началу весны
(среднемноголетние относительные значения
для лесной зоны европейской части СССР)
Относительные
Характеристика леса и полей значении сиегоза- пасов
Смешанный (50 % хвойных и 50 % лиственных пород) Лиственный Еловый средней густоты (0,4—0,6) Еловый густой (0,7—1,0) Сосновый Мелколесье смешанное, угнетенной формы развития Кустарник и лиственное мелколесье Вырубки большие Вырубки малые и поляны среди высокоствольного леса Моховой (верховое) болото Поля (пашня, луг, стерня, склоны 1,00 1,04—1,10 0,90—0,97 0,80—0,90 0,90—0,97 0,98—1,02 1,04—1,08 1,04—1,08 1,05—1,15 0,95—1,00 0,75-0,92
разных экспозиций н ровные участ- ки)— среднее значение То же в северо-западных районах То же в центральных районах То же в северо-восточных районах 0,75—0,79 0,85 0.87—0,92
П р и м е ч а и и е. За единицу приняты снегозапасы
в смешанном лесу.
185-
В отдельные годы соотношения могут резко меняться; в очень
мягкие, оттепельные зимы они могут достигать 50 %, уменьшаясь
л суровые, холодные зимы до 5%. Различиями в количестве мяг-
ких и суровых зим за многолетний период в основном и объяс-
няются разные значения снегозапасов на полях для северо-запад-
ных, центральных и северо-восточных районов европейской части
СССР (табл. 5.2). Неучет указанных обстоятельств, по-видимому,
во многом объясняет разноречивые выводы о снегозапасах
в лесу и поле, полученные различными авторами для одних и
тех же районов, особенно если они делались по нескольким пли
отдельным годам.
Следует, однако, отметить, что значительное уменьшение снего-
запасов в поле в оттепельные зимы еще не означает, что на столь-
ко же уменьшается сток с полей; талая влага насыщает почво-
грунты, пополняет грунтовые воды и таким образом участвует
в формировании весеннего стока.
В заключение остановимся и па других возможных причинах
существенного увеличения снегозапасов в лесу. Опп обусловлены
сочетанием нескольких факторов, действующих по-разному
в различных физико-географических и погодных условиях. Прежде
всего следует назвать большее испарение со снега с безлесных
территорий по сравнению с лесом, особенно заметное в условиях
ясной, сухой, аптициклопичсской погоды. Весьма существенна
также роль ветра, перераспределяющего снег между лесом и по-
лем: на опушках леса снега всегда больше, чем в глубине леса
и полях. Как уже упоминалось выше, этот фактор имеет решаю-
щее значение в увеличении снегозапасов в лесах в условиях ма-
лой залесепностп — для небольших лесных массивов и лесных
полос среди обширных открытых пространств. В некоторых
условиях, по-видимому, заметную роль могут играть также фак-
торы общего увеличения осадков в лесах за счет динамической
шероховатости и дополнительных «конденсационных» осадков
{особенно в горных районах), однако эти вопросы требуют даль-
нейшего изучения.
5.3. Испарение с леса и поля
Суммарное испарение с леса /?лес представляет собой сложный
физический процесс и складывается из транспирации зеленой
массой крон деревьев 2?тр, испарения с почвы и почвенной расти-
тельности £„ и иена рения осадков, задержанных деревьями /ью-
Методика определения отдельных видов испарения существенно
различна.
В большинстве случаев для анализа испарения с леса величина
E;U.V определяется методом водного баланса отдельных заселенных
участков, малых водосборов или относительно крупных речных
бассейнов. При этом испарение в значительной мере будет зави-
сеть от точности измерения других компонентов баланса -- от
186
того, какие поправки вводятся в показания осадкомеров, как учи-
тываются объемы воды, поступившей в зону аэрации и в подзем-
ные воды (для участков и малых водосборов). Иногда испарение-
с леса рассчитывают по методам теплового баланса или турбу-
лентной диффузии, эти методы очень трудоемки в части органи-
зации и проведения наблюдений (особенно для высокоствольного-
леса) и менее точны [109, 268].
Испарение с полевых ландшафтов определяется обычно с по-
мощью взвешиваемых почвенных испарителей и лизиметров раз-
ного типа и корректируется по данным о водном и тепловом ба-
лансах отдельных сельскохозяйственных полей и водосборов.
[109, 190, 268].
Следует отметить, что в зависимости от использованных ме-
тодов оценки и принимаемых при этом допущениях полученные
многочисленными авторами в разные годы значения испарения
с леса зачастую мало сравнимы между собой. Некоторые авторы,
изучая испарение с леса, не приводят данных об испарении
с окружающих полей для тех же условий, что пе дает возможно-
сти сравнения значений испарения для получения достоверных
выводов о гидроклиматпческой роли леса.
В последние годы в ГГИ выполнен широкий комплекс экспери-
ментальных экспедиционных исследований испарения в различ-
ных районах лесной зоны, а также па экспериментальном науч-
ном стационаре ВФ ГГИ, имеющем все необходимые средства и
установки для изучения процессов испарения с различных ланд-
шафтов.
Результаты экспериментальных исследований ГГИ позволили
получить существенно новые данные по испарению с различных
лесных комплексов, оценить влияние на испарение видового со-
става и возраста деревьев, почвогрунтов и метеорологических
условий, установить зависимости между испарением, метеороло-
гическими параметрами, тепловым балансом и биологическими
характеристиками леса.
В обобщенном виде структура испарения в спелых лесах раз-
ного вида показана в табл. 5.3. Возраст спелых лесов по хвойным
породам (ель, сосна) составляет 100—120 лет, по лиственным
(береза, осина) 50—60 лет. Абсолютные значения (мм) характе-
ризуют испарение в лесах подзоны южной тайги европейской
части СССР, а относительные значения отражают структуру
испарения еще и в соседних двух лесных подзонах: средней тайги
и смешанных лесов, т. е. всего на площади около 2 млп. км2.
Наибольшее количество влаги потребляют спелые еловые леса
(490 мм), наименьшее — сосновые (450 мм). Спелые лиственные
леса потребляют воды на 100 мм, или на 25 % больше спелых
хвойных лесов. Между тем, молодые и средневозрастные хвойные
леса (возраст 40—60 лет) испаряют такое же количество воды,,
что и лиственные в этом возрасте (рис. 5.1). В старых лесах раз-
ного вида (возраст 140—160 лет) испарение меньше, чем в спе-
лых лесах примерно на 10 %, или 40 мм.
187’
Таблица 5.3
Структура среднегодовых значений испарения в спелых лесах
подзоны южной тайги европейской части СССР
(норма элементов водного баланса: Р=7004-750 мм,
F=4504-500 мм, У=250 мм)
Вид испарения Вид леса Вырубки
еловый сосновый лиственный свежие (1—5 лет) старые (10—15 лет)
Абсолютные значения испарения, мм
Е ^лес 490 450 585 305 380
в т. ч. Етр 190 200 290 45 140
150 135 210 215 195
£ос 150 115 85 45 45
По отношению к суммарному испарению своего вида леса
р ^лес 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
в т. ч. Етр 0,40 0,45 0,50 0,15 0,37
Еп 0,30 0,30 0,36 0,70 0,51
Е ^ос 0,30 0,25 0,14 0,15 0,12
Существенные различия в структуре испарения наблюдаются
по сезонам года. В зимний период хвойные леса задерживают
осадки кронами деревьев и испаряют больше па 20 мм по срав-
нению с лиственными лесами. Этим обусловливаются основные
различия в сисгозапасах к началу весны в хвойных и лиственных
лесах.
В весенний период хвойные леса испаряют также больше
лиственных (на 15 мм). Различия в сисгозапасах и весеннем ис-
парении обусловливают основные различия в весеннем стоке: из
лиственных лесов сток больше на 20—30 % > чем из хвойных.
Большие различия в испарении наблюдаются в теплый период
года (май—октябрь). За этот период лиственные леса расходуют
’95 % от годовой суммы водопотребления, а хвойные — 85 90 /о-
В засушливые летние периоды водопотребление лиственных лесов
снижается до 90 %, а хвойных до 75 % от суммарного испарения
за год. Это связано в основном с уменьшением испарения осад-
ков Еос, смачивающих кроны деревьев.
В течение всего периода жизни леса
ход суммарного водопотребления и его
при сравнительном постоянстве осадков. На вырубленных участ-
ках леса испарение наименьшее (60 % от испарения спелого
100-летнего леса). Молодые и средневозрастные леса потребляют
воды больше спелых на 10—20 % и больше старых 140-летпнх
лесов па 20—30 % •
наблюдается переменный
составляющих (рис. 5.1)
:188
Поэтому при анализе гидрологической роли леса необходимо
учитывать его возраст и видовой состав. Однако этим обычно
пренебрегают и пользуются только площадью леса — лесистостью
водосборов (площадь леса в % от площади водосбора). Это часто
порождало противоречивые (пере-
менные по знаку) выводы по
влиянию леса па водные ресурсы.
На испарение с лесов и полей
расходуется в среднем многолет-
нем от 50 до 80 % годовой суммы
атмосферных осадков. Наименьший
расход осадков имеет место в се-
верных— таежных, а наиболь-
ший— в лесостепных районах евро-
пейской части СССР.
Испарение с открытой местно-
сти— с сельскохозяйственных по-
лей ежегодно подчиняется физио-
логическому сезонному циклу раз-
вития растений. Поскольку сред-
ние метеорологические условия
мало меняются по 10- и 20-летним
периодам, то средние значения
Рис. 5.1. Ход составляющих суммарного
испарения в период роста нового леса
в подзоне южной тайги ЕТС, £'=475 мм.
£лсс — суммарное испарение, £тр— транспира-
ция древесной растительностью. Еп — испарение
с почвы и напочвенной растительности. Еос
испарение осадков, задержанных кронами де-
ревьев; 1 — хвойный лес, - — лиственный, перехо-
дящий в хвойный с 70 лег, 3— лиственный.
испарения с полей также мало меняются по 10- и 20-летиим пе-
риодам (коэффициент вариации годовых значений испарения
равен С, =0,15 4-0,25) . Поэтому при сопоставлении влагопотреб-
леппя полевых и лесных комплексов испарение с полей за 10- и
20-летнне периоды можно принимать равным норме.
Испарение с открытой местности в равнинных районах евро-
пейской части СССР изменяется от 300—350 мм в подзоне север-
ной тайги до 500—550 мм в год в подзоне смешанных лесов и
лесостепной зоне [62, 109, 235]. В подзоне южной тайги европей-
ской части СССР испарение па открытых участках изменяется
в пределах 450—500 мм и в большинстве районов составляет
в среднем 475 мм в год. Это значение испарения для безлесных
водосборов подтверждается многолетними воднобалаисовыми ис-
следованиями [143, 268].
189
Суммарное значение испарения с открытой местности
(475 мм/год) включает испарение с лугового разнотравья
(475 мм), с полузаболоченпых участков (490 мм) и различных
сельскохозяйственных культур и полей: озимые — зимующие куль-
туры зерновых и многолетних трав (520 мм), яровые — весенняя
посадка зерновых и технических культур (460 мм), пропаш-
ные— картофель, овощи (440 мм), чистая пашня — пар (400 мм).
Для больших открытых площадей (десятки тысяч га) наблюда-
ется сравнительное постоянство севооборотов, что и позволяет
пользоваться средним значением суммарного испарения с поля.
Однако для малых открытых водосборов (площадью до 1000 га)
испарение с сельскохозяйственных угодий может не совпадать,
с районным значением испарения.
По сравнению с лесом испарение с поля может быть как
меньше, так и больше. Все зависит от возраста леса. По сравне-
нию с суммарным испарением с открытой местности лес испаряет
больше только в возрасте от 30 до 100 лет. Меньше поля лес
испаряет в возрасте от 2 до 20 лет и в возрасте более 120 лет.
Спелый лес (100—120 лет) испаряет в среднем столько же, как
и поле, по значительно меньше по сравнению с озимыми культу-
рами (они занимают 30—40 % площади открытой местности) и
существенно больше, чем пропашные культуры и чистые пары.
Спелые сосновые леса испаряют меньше еловых на 7—10 % и па
5 % меньше полей. Такие соотношения испарения с леса и поля
сохраняются и в других смежных подзонах европейской части
СССР.
Поэтому нельзя прямо ответить па вопрос, что испаряет
больше: лес или поле, так как последует встречный вопрос, какой
лес и какое поле? В зависимости от вида и возраста леса, а также
от вида сельскохозяйственных культур и метеорологических усло-
вий соотношения между испарением с леса и поля меняются
в довольно больших пределах.
5.4. Влияние леса на речной сток
Соотношения годового стока с залесенных и безлесных терри-
торий— основной вопрос в проблеме влияния леса на гидрологи-
ческий цикл. От решения этого вопроса прежде всего зависит
надежная оценка и прогноз возможных изменений водных ресур-
сов при проведении лесотехнических мероприятий.
С давних пор исследования по влиянию леса иа годовой сток
проводятся в разных направлениях:
путем сопоставления стока и других элементов водного ба-
ланса для залесенных и безлесных стоковых площадок и малых
водосборов;
— путем проведения активных экспериментов (вырубок леса
или лесовосстановительных работ) па малых экспериментальных
водосборах;
190
— путем сравнения стока и других гидрометеорологических
характеристик для массовой сети различных по степени залссеп-
ности речных бассейнов с площадями от десятков до тысяч
квадратных километров;
— путем изучения физических процессов формирования стока
и динамики элементов водного и теплового балансов для открытой
местности и для лесов разного вида и возраста.
Следует отметить, что по материалам на очень малых экспе-
риментальных водосборах можно лишь судить об изменении по-'
верхностной составляющей стока it об регулирующих и противо-
эрозионных свойствах леса, по никак не об изменении суммарного
речного стока с залесенных территорий. Для решения этой задачи
необходимо надежно измерять пли определять подземную состав-
ляющую стока, а это технически осуществить очень непросто,
особенно для залесенных водосборов.
Исследования влияния леса па режим стока путем проведения
активных экспериментов па водосборах — значительных вырубок
или посадок леса, в СССР пе получили большого развития.
Прежде всего это связано с тем, что такие эксперименты требуют
времени и средств, а выводы их довольно ограничены, поскольку
полученные для очень малых водосборов и за отдельные фазы
развития леса они пе являются репрезентативными для средних
и больших речных бассейнов, особенно для годового стока. От-
дельные активные эксперименты, имевшие место, основной целью
ставили изучение регулирующей и противоэрозиониой роли леса.
Отдельные исследования влияния вырубок леса па сток малых
водосборов проводились в дубовых лесах Воронежской области,
а также в хвойных лесах Пермской области, Башкирии, Южного
Урала и в горах Западных Саян. Результаты этих исследований,
приведенные в работах [164, 198, 211, 233], показали, что в пер-
вые годы после вырубок сток резко возрастает, а затем по мере
зарастания вырубленных площадей снижается. Вместе с тем после
вырубок интенсифицируется эрозионная деятельность, резко воз-
растает сток наносов, уменьшаются регулирующие свойства
лесов.
Для оценки влияния леса иа годовой сток рек наибольшее рас-
пространение в СССР, начиная с 60-х годов текущего столетия,
получил статистический подход, основанный на анализе материа-
лов массовых стандартных гидрометеорологических наблюдений
па бассейнах с различной степенью залесенности, выраженной
обычно в процентах пли в долях от площади водосбора.
Выполненные многочисленные исследования по влиянию леса
на сток, основанные па использовании материалов массовой гид-
рометеорологической сети, в общем довольно единодушно свиде-
тельствуют о положительном влиянии леса на годовой и межен-
ный сток рек, хотя выводы различаются весьма существенно.
Широкое распространение указанного методического подхода
понятно, он позволяет относительно просто и быстро, используя
весьма доступные сетевые материалы, получить числовые резуль-
191
таты по практически очень важному вопросу. Однако в методиче-
ском плане этот подход не безупречен, прежде всего очень трудно
подобрать водосборы, аналогичные по всем параметрам, кроме
залесеппости. При выборе водосборов немалую роль играет фак-
тор субъективизма и надежность полученных результатов нередко
зависит от опыта и добросовестности исследователя. Да и ис-
пользуемый параметр залесеппости мало что говорит о лесе, он
может по-разному влиять на сток в зависимости от расположения
леса па водосборе, от того, па каких почвах растет лес, от его
вида и возраста. В этом случае лишь привлечение огромного
материала может дать более или менее статистически достоверные
результаты.
Но самый главный, на наш взгляд, недостаток рассматривае-
мого подхода, это невозможность объяснения причин полученного
воздействия леса на сток в том или ином районе. А без выясне-
ния причин нельзя решить основную задачу исследований — дать
прогноз изменений водного баланса и водных ресурсов в связи
с естественным развитием лесных экосистем и проведением раз-
личного рода лесотехнических мероприятий.
Поэтому в последние годы в СССР для оценки влияния леса
на сток стали широко применяться методы, основанные на срав-
нительном изучении элементов водного и теплового баланса леса
и поля [109, 164, 193, 229, 268]. Использование таких методов
оказалось возможным в связи с получением падежных экспери-
ментальных материалов по жидким и твердым осадкам в лесу и
в поле, включая их задержание растительностью, по испарению и
транспирации лесом различного вида и возраста, сельскохозяй-
ственными культурами и лугами в различных гидрометеорологи-
ческих условиях. При наличии указанных данных влияние леса
на сток определяется путем сопоставления элементов водного ба-
ланса для конкретных участков леса и окружающих открытых
пространств в пределах определенных территорий или речных
бассейнов.
Соотношения между стоком, формирующимся с поля и леса
за период весеннего половодья, получены в ГГИ [144] с исполь-
зованием детальных водиобалансовых данных для лесной зоны
европейской части СССР. Оказалось, что разница ДУПсс между
весенним стоком с поля и леса в значительной степени зависит от
района и от факторов половодья, определяющих водность года
(рис. 5.2). Для всех районов в маловодные годы сток с леса
больше, чем с поля, а в очень многоводные, наоборот. В среднем
за многолетний период в северо-восточных и центральных рай-
онах весенний сток с поля больше, чем с леса (примерно на 10—
20 мм), в северо-западных районах наблюдается равенство стока,
в западных районах и в Прибалтике сток с поля меньше в сред*
нем на 10—20 мм. Это обусловлено различиями в виде и возрасте
лесов, преобладающих в тех или иных районах, которые суще-
ственно по-разному задерживают, накапливают и'расходуют зим*
ние осадки.
192
Приведенные обобщения наглядно показывают, что встреча-
ющиеся в литературе существенно различные выводы по влиянию
леса на весенний сток, полученные по сетевым материалам,
вполне объяснимы; все зависит от района исследований и кон-
кретных гидрометеорологических условий рассматриваемого пе-
риода.
Обобщая исследования, выполненные в СССР по гидрологиче-
ской роли леса, можно сделать весьма определенный вывод, что
Рис. 5.2. Обеспеченность числа случаев
(%) превышения (ДУВсс) стока талых
вод с поля над стоком с леса в различ-
ных районах лесной зоны ЕЧС.
1 — северо-восточные и центральные районы.
2 — центральная часть северо-западного рай-
она (Новгородская область), 3— западные
районы лесной зоны, включая Прибалтику.
для условий нашей страны лес положительно влияет на речной
сток и это проявляется не только в отношении большего его регу-
лирования — увеличения меженного стока и снижения максималь-
ных расходов и улучшения качества воды, но и в некотором уве-
личении суммарного годового стока с залесенных территорий.
В среднем для всей территории страны годовой сток с лесных
массивов несколько больше, чем с открытой местности (как
правило в пределах 10—15 % Для максимально залесенных лес-
ных водосборов) в основном за счет большего накопления осадков
в лесу при примерно равном испарении с леса и с открытой
местности. Однако для конкретных районов и гидрометеорологи-
ческих условий отдельных лет соотношения между стоком с леса
и с поля могут весьма существенно меняться и это зависит от
вида и возраста леса, его расположения на водосборе, от харак-
тера выпадения жидких осадков, от накопления и таяния снега.
Изложенные положения можно проиллюстрировать следующи-
ми примерами. В густонаселенных сельскохозяйственных районах
нашей страны (в южной части лесной и в лесостепной зоне евро-
пейской части СССР, на юге Западной Сибири) лесистость речных
водосборов небольшая (10—30 %). Лес здесь давно и постоянно
эксплуатируется, располагается он отдельными небольшими мас-
сивами, как правило, на землях, неудобных для сельскохозяй-
13 Заказ № 159
193
ствеппого использования (песчаные почвы, изрезанные участки
местности и т. п.). В таких лесах преобладают молодые и сред-
невозрастные деревья, которые способны потреблять наибольшее
количество воды, кроме того, в летнее время такие леса получают
дополнительные энергетические ресурсы в виде адвекции теплого
воздуха с прогретой поверхности почвы. С другой стороны, при-
ходная часть баланса (особенно твердые осадки) здесь может
быть особенно значительной за счет сдувания снега с открытой
местности и «конденсационных» осадков; и третий важный фак-
тор— хорошо проницаемые песчаные почвы, которые особенно хо-
рошо фильтруют воду, обладают малой водоудерживающей спо-
собностью и в отдельные периоды лимитируют испарение лесом.
От сочетания указанных факторов в отдельные годы такие леса
могут формировать повышенный или пониженный годовой сток по
отношению к открытой местности, оставаясь во все годы мощным
стокорегулирующим фактором. В среднем же за многолетний
период такие леса дают или близкий по значению сток по срав-
нению с полем, или немного больший.
С увеличением лесистости водосборов до 50—70 % уменьша-
ется густота населения и интенсивность использования лесов.
В них преобладают средневозрастные и спелые деревья и встре-
чаются участки со старым лесом. В районах с редким населением
лесистость речных водосборов достигает 80—90 %. В лесах пре-
обладают спелые и старые деревья, а также свежие вырубки и
молодняки до 20-летпего возраста. Такие леса потребляют наи-
меньшее количество воды по отношению к лесу в густонаселен-
ных районах и открытой местности. В указанных районах сток
с леса больше, чем с открытой местности за счет меньшего испа-
рения, даже при одинаковых осадках.
Средний возраст современного леса в густонаселенных районах
составляет 30—40 лет [38, 195], в менее населенных районах—•
50—70 лет и в малонаселенных— 100—125 лет [38, 195].
5.5. Оценка и прогноз влияния лесотехнических
мероприятий на водные ресурсы и водный баланс
/
По масштабам воздействия иа природные процессы наиболее
крупными являются лесотехнические мероприятия, связанные
с вырубками лесов и последующим их восстановлением.
Как показано в пп. 5.2—5.4, леса, изменяя соотношения между
элементами водного баланса, в общем для территории СССР
способствуют некоторому увеличению годового стока рек. Из этого
нередко делается вывод, что вырубки лесов должны немедленно
и неизбежно приводить к уменьшению годового стока рек- Вряд
ли можно согласиться со столь упрощенными выводами. Вырубка
леса резко и на многие десятилетия изменяют весь комплекс лес-
ных биогеоценозов. На месте старого леса (естественным путем
или искусственно) вырастает новый лес. В течение десятков лет
194
жизни нового леса по мере его роста и изменения видового со-
става непрерывно изменяются гидрологические свойства и водный
баланс лесных участков; меняется и суммарный сток с них в гидро-
графическую сеть — он может быть и больше и меньше, чем наб-
людался до вырубки старого леса.
Ниже излагаются основные положения методики оценки и про-
гноза влияния вырубки и возобновления лесов на водный баланс
и водные ресурсы, разработанной О. И. Крестовским [145]. Мето-
дика основана на многолетних экспериментальных исследованиях
ГГИ в лесной зоне европейской части СССР и на обобщении ра-
м
Рис. 5.3. Изменение высоты и состава древостоя (а) и объема фито-
массы (б) при естественном восстановлении леса после вырубки.
1 — ель, 2 — сосна, 3 — береза, осина.
бот советских ученых-гидрологов, физиологов леса, лесоводов и
лесомелиораторов.
Она относится к подзонам южной и средней тайги европейской
части СССР, где средние многолетние значения Р=600 4- 800 мм,
Е=400 4- 500 мм, У=200 4- 350 мм в год, но может применяться
также и для соседних лесных подзон.
По методике дается количественная оценка изменений водного
баланса сразу же после вырубки и по мере лесовосстановления
по сравнению с балансом, который имел место на участке до вы-
рубки спелого леса. При этом принимаются следующие исходные
положения.
1. Сразу же после вырубки леса (в основном хвойного, являю-
щегося типичным для рассматриваемой территории) начинается
процесс лесовосстановления, который происходит в результате ис-
кусственных лесопосадок или естественным путем. В первом слу-
чае происходит лишь смена старого хвойного леса на молодой,
лес полностью восстанавливается через 80—110 лет. При есте-
ственном восстановлении леса (см. рис 5.3) первые 20—60 лет
13*
195
после вырубки преобладают лиственные породы (семена их рас-
пространяются па большие расстояния, они лучше приживаются,
быстрее растут). Под пологом лиственных пород приживаются
хвойные породы; они десятилетиями находятся во втором и
третьем ярусах и только через 60—80 лет, когда лиственные по-
роды (береза, осина) практически перестают расти, выходят
в первый ярус. По мерс старения и отмирания лиственных пород
хвойные деревья занимают все более господствующее положение
и к ПО—140 годам после вырубки новый лес приобретает свой
первоначальный вид [8, 24, 145, 182, 195, 211, 228].
2. Осадки принимаются постоянными независимо от вида
леса и его возраста; изменения климатических параметров имеют
стационарный характер.
3. Суммарное испарение с леса Елес, состоящее из нескольких
компонентов, постоянно изменяется в зависимости от вида и воз-
раста леса (см. рис. 5.1), что и обусловливает изменение общего
стока с участка в гидрографическую сеть.
Поскольку последнее положение является главным в методике
и определяет количественные изменения элементов водного ба-
ланса и водных ресурсов, остановимся подробнее на его обосно-
вании.
Исследованиями многих советских ученых-гидрологов, лесове-
дов, биологов (А. А. Молчанов, Г. Ф. Хильми, С. Ф. Федоров,
Н. А. Воронков, С. А. Братцев, О. И. Крестовский и др.) [24, 70,
77, 145, 197, 198, 268], установлено, что суммарное испарение
лесных комплексов (Елес) тесно связано с биологической продук-
тивностью леса и прежде всего с годовым приростом запаса ство-
ловой древесины (м3/га в год) и объемом фитомассы (листвы,
хвои) крои деревьев (т/га). Фитомасса обеспечивает развитие п
рост молодых и средневозрастных деревьев и поддерживает жизнь
старых древостоев. От объема фитомассы зависит расход воды
на транспирацию и количество света и осадков, пропикающих под
полог леса. С последними связапы вид и степень развитости на-
почвенной растительности, состояние подроста деревьев и кустар-
ников, т. е. от объема фитомассы крон деревьев зависят все со-
ставляющие суммарного испарения лесных биогеоценозов.
На основании экспериментальных данных для разных регионов
страны получены, например, достаточно падежные зависимости,
которые показывают, что существует прямая связь между одним
из основных показателей биопродуктивиости леса — объемом фи-
томассы крон деревьев и потерями на задержание осадков,
а также на транспирацию за вегетационный период и обратная
между объемом фитомассы и суммарным испарением с почвы и
надпочвенной растительностью [145]. На рис. 5.4 представлена
зависимость между суммарным годовым испарением лесов разного
видового состава, возраста, производительности и полноты и сред-
ним годовым приростом объема стволовой древесины (А) за пс‘
риоды между таксацией лесов (А — среднее за 5___8 лет); зависи-
мость получена [24] по данным расчета испарения по уравнению
196
водного баланса большого числа водосборов с площадями 1000—
6000 км2, расположенных в восточной части подзоны средней тайги
европейской части СССР.
Объем фитомассы и прирост древесины не остаются постоян-
ными в течение всего периода роста и жизни нового леса
Рис. 5.4. Зависимость между
суммарным годовым испаре-
нием на водосборах рек Се-
веро-Востока ЕЧС и средним
годичным приростом объема
древесины [24].
и w ои izu гооы
Рис. 5.5. Влияние возраста леса на
средние многолетние значения сум-
марного испарения за год (/) и стока
(в % к норме).
2— годовой сток, 3 — весенний (март—
май), 4 — меженный (нюнь—февраль).
(рис. 5.3 а, б). Поэтому претерпевают существенные знакоперемен-
ные (относительно нормы) изменения как отдельные составляю-
щие, так и суммарное испарение в целом (см. рис. 5.1). Ход со-
ставляющих испарения получен О. И. Крестовским на основе
обобщения большого количества экспериментальных данных для
лесов разной полноты и водного состава [145].
Среднюю кривую хода относительных значений испарения
(рис. 5.5) можно назвать моделью хода испарения с лесов. Она
рекомендуется для~ оценки изменений водных балансов и стока
в подзонах южной и средней тайги европейской части СССР,
а также для смежных лесных подзон. Эта модель (рис. 5.5, кри-
вая /) охватывает все^ виды лесов и фазы их развития в различ-
ных подзонах европейской части СССР и отображает средние
значения водопотребления лесов разного возраста.
Модельная кривая хода £лес используется в качестве основы
для расчета по уравнению многолетнего водного баланса изме-
197
нений годового стока при допущении неизменности осадков по
10-летним периодам. Такое допущение вполне правомерно, так как
средние по 10 и 20-летиям осадки (Р) и температура воздуха
.(М мало меняются по сравнению со 100-летней нормой (ДР =
= ±14-10%, Д^в=±24-5%).
Ход относительных значений годового стока У«/Уюо (рис. 5.5)
характеризует изменение суммарного стока за весь период жизни
нового леса на большом участке, где имеют место все типы вос-
становления лесов. Эта модель рекомендуется для оценки изме-
нений средних годовых значений стока ДУ под влиянием вырубок
и восстановления лесов на водосборах средних и крупных рек
в подзонах южной и средней тайги европейской части СССР,
а также в подзоне смешанных лесов. Для этого необходимо знать
только возрастную структуру лесов в долях (Л) от площади лесов
речного бассейна или административного района
ДУ = X (Ху/. + /\у2Л2 + Ру3Л3 + ... + /<У„Лп)>
(5.1)
где /<ур Лу2, ..., KYll—коэффициенты влияния возраста леса на
годовой сток в долях от единицы (снимаются с рис. 5.5);
Л],..п — доля площади лесов с возрастом 10 лет (Л1), 20 лет
(Л2), 30 лет (Л3) и т. д. до 140 лет; (Л1+Л2+Лз+ ••• +ЛП) =
= 1,0, т. е. полной площади лесов речного бассейна или админи-
стративного района.
Аналогичные модели хода изменений стока построены для ве-
сеннего (март—май) и меженного (июнь—февраль) периодов
года (рис. 5. 5, кривые 3 и 4).
Для построения хода изменений весеннего стока использованы
многолетние экспериментальные исследования ГГИ на Северо-
Западе и Северо-Востоке европейской части СССР элементов вод-
ного баланса разнообразных лесных комплексов, отличающихся
по возрасту, видовому составу и полноте древостоев, по составу
почвогрунтов и глубинам залегания грунтовых вод.
Длительное увеличение весеннего стока — в первые 50 лет
после вырубки старого леса — объясняется преобладанием в мо-
лодых лесах лиственных пород древостоев. Они увеличивают сне-
гозапасы и уменьшают весеннее испарение. Уменьшение весеннего
стока в период с 50 до 80 лет обусловливается интенсивным раз-
витием хвойных древостоев, снижающих снегозапасы и увели-
чивающих весеннее испарение.
Меженный сток рассчитывался по разности абсолютных значе-
ний годового и весеннего стока (мм) и относился к норме ме-
женного стока, соответствующей спелым 100-летпим лесам.
По сравнению с годовым и весенним стоком ход изменении
меженного стока наиболее контрастен (рис. 5.5). Это объясняется
тем, что основные различия в испарении с вырубок и лесов раз-
ного возраста происходят в теплый период года (июнь—сентябрь).
В представленных моделях хода изменений стока общим яв-
ляется резкое увеличение стока на свежих и зарастающих лесом
198
старых вырубках, затем резкое снижение стока под влиянием все
возрастающего водопотребления молодого леса до кульминацион-
ной фазы его развития (40—60 лет), после чего начинается су-
щественное увеличение стока с приближением к норме в 100—
110-летних лесах и дальнейшее незначительное увеличение стока
по мере старения леса.
За весь 100-летний период роста нового леса (после вырубки
старого) будут изменяться водные ресурсы:
— годовой сток станет меньше нормы в среднем на 10 %, а по
сравнению со старым лесом — меньше на 15 %;
— меженный сток будет меньше нормы на 25 %, а по сравне-
нию со старым лесом — меньше на 35 %;
— весенний сток увеличится и станет больше своей нормы и
стока из старого леса на 6 %.
Следовательно, вырубка старых лесов с последующим восста-
новлением нового леса уменьшает водные ресурсы лесных участ-
ков и увеличивает неравномерность внутригодового распределения
стока.
Рассмотренные резкие изменения годового, меженного и ве-
сеннего стока под влиянием вырубок и восстановления лесов
относятся к сравнительно небольшому лесному массиву или водо-
сбору, где одновременно за 1—5 лет был вырублен весь лес. Од-
нако на больших площадях лес рубится постепенно и в разных
частях крупного лесного массива или речного бассейна. Наивыс-
шая интенсивность рубок леса редко достигает 5 % и большей
частью составляет 0,7—2 % от площади лесов административных
районов и речных бассейнов. При интенсивности 1 % весь лес
вырубается за 100 лет и на вырубках 90—100-летпей давности
будет произрастать лес 90—100-летнего возраста, а на вырубках
40-летней давности — лес 40-летнего возраста. Поэтому видовая и
возрастная структуры лесов в крупных массивах представляют
пеструю картину, сглаживающую динамику изменений стока, фор-
мирующегося со всего лесного массива: пониженный сток с уча-
стков молодого и средневозрастного леса будет в значительной
мере компенсироваться повышенным стоком с вырубок и участков
старого леса. Суммарный сток с лесного массива равен среднему
взвешенному значению с участков разновозрастного леса и рас-
считывается по уравнению (5.1).
На рис. 5.6 представлен ход изменений годового, меженного и
весеннего стока из леса в реки Вологодской области за 1880—
1980 гг. и прогноз возможных изменений стока на весьма отда-
ленную перспективу, определяемую периодом роста леса. Для
прогноза использовалась фактическая структура лесов по состоя-
нию па 1978 г. и ее изменения при четырех вариантах возможной
интенсивности и вида эксплуатации лесов в перспективе. Из дан-
ных рис. 5.6 следует, что с началом интенсивной рубки лесов
(1880—1900 гг.) сток рек увеличился за счет появления больших
вырубленных площадей. Затем сток стал уменьшаться и в течение
длительного периода (1940—1975 гг.) годовой сток был меньше
199
нормы иа 8—10 %. В настоящее время структура леса такова, что
сток начинает увеличиваться и через 20—40 лет достигнет и даже
несколько превысит норму по всем вариантам прогноза эксплуа-
тации лесов.
Рис. 5.6. Изменение суммарного стока (в % от нормы) из леса в реки Воло-
годской области под влиянием эксплуатации лесов за прошлые годы (до
1980 г.) и будущее 70-летие (по 2050 г.) при разных вариантах рубки леса
(/-/V).
I — годовой сток, 2 — меженный, 3 — весенний.
Для оценки влияния структуры лесов на изменения водности
конкретных рек значения изменений стока из леса ДУ умножа-
ются на лесистость речного бассейна.
Выполненные для ряда крупных речных бассейнов лесной зоны
европейской части СССР оценки возможных изменений стока за
100—140 лет под влиянием лесотехнических мероприятий пока-
зали, что эти изменения имеют плавный характер и разную на-
правленность в течение продолжительных многолетних периодов.
При небольших изменениях годового стока (до ± 4—8 %) суще-
ственно увеличивается его неравномерность — уменьшается ме-
женный сток (до 14—17%) и увеличивается весенний (до 8—
12%). Следует отметить, что за прошедший 100-летний период
климатические изменения указанных характеристик стока были
значительно большими, однако они были кратковременны и всегда
200
переменны по знаку. К подобному выводу пришел и А. Г. Булавко
[38], анализируя осадки, изменение лесистости и сток р. Немана
за 150-летний период наблюдений.
По прогнозным оценкам С. А. Братцева [24], ожидается, что
годовая водность небольших и средних рек Северо-Востока евро-
пейской части СССР в XXI в. уменьшится на 10 %; это связыва-
ется с омоложением лесов в результате рубок старых лесных
массивов.
В заключение еще раз отметим основные выводы относительно
важнейших аспектов гидроклиматической роли леса и влияния
его вырубок на сток и водный баланс.
Лес по-разному влияет па водный баланс в зависимости от его
возраста и видового состава, свойств почвогрунтов и метеороло-
гических условий за рассматриваемый период. Все это должно
учитываться при сравнении элементов водного баланса с залесен-
ных и безлесных территорий. Весьма неудачным является и па-
раметр или коэффициент общей залесенпости, который очень часто
используется в исследованиях по влиянию леса па сток, осадки,
испарение. Этот коэффициент мало что говорит о лесе; при одной
и той же залесеиности изменения элементов водного баланса и
гидрологического режима рек могут быть весьма различными
в зависимости от того, какой это лес по виду и возрасту, как он
расположен на водосборе, па каких почвогрунтах растет. Поэтому
в исследованиях гидроклиматической роли леса нельзя просто
говорить «лес», так как лес бывает разный и по-разному влияет
на водный баланс. Открытые участки и поля тоже далеко не
одинаковы, поэтому от различных сочетаний характеристик срав-
ниваемых лесов и полей можно получить самые разнообразные
соотношения испарения и стока с леса и поля.
Примерно в том же аспекте могут быть сделаны выводы в от-
ношении другого важнейшего вопроса: вырубка леса уменьшает
или увеличивает сток? Однозначно па этот вопрос ответить не-
возможно. Все зависит от того, какой период времени после вы-
рубки рассматривается и это очень наглядно иллюстрируют гра-
фики, представленные на рис. 5.5 для лесной зоны европейской
части СССР. В первые десять лет после вырубки годовой сток
с вырубленной площади резко возрастает (примерно на 50—
70%), через 40—60 лет он будет значительно меньше (примерно
на 40%), чем был до вырубки, а в среднем за 100 лет будет
меньше по сравнению со старым лесом примерно на 15 %• Приве-
денные данные, кроме того, показывают, что для того, чтобы по-
лучить надежные количественные выводы путем проведения ак-
тивных экспериментов по вырубкам леса па опытных водосборах,
нужно набраться терпения и ждать результатов в течение многих
десятков лет.
Отмеченные выше обстоятельства, по-видимому, во многом
объясняют полученные многочисленными авторами в разных стра-
нах мира весьма разноречивые выводы в отношении гидроклима-
тической роли леса.
201
Проблемы количественной оценки гидроклиматической роли
леса требуют дальнейшего изучения путем проведения всесторон-
них теоретических исследований, лабораторных и полевых экспе-
риментов в различных физико-географических условиях. До на-
стоящего времени, например, объективно не решен вопрос о влия-
нии леса на различные типы осадков. Весьма перспективной
задачей, на наш взгляд, является изучение зависимостей суммар-
ного испарения лесными комплексами и особенно транспирации
от метеорологических характеристик и химического состава при-
земного слоя атмосферы. Последний вопрос приобретает особую
актуальность в связи с возможными антропогенными изменениями
климата за счет увеличения концентрации углекислого газа,
а также возрастающим загрязнением .воздуха окислами серы и
азота, которые оказывают большое воздействие на состояние и
развитие лесов, особенно хвойных пород.
Тлава
Промышленно-коммунальное водопотребление
и урбанизация и их влияние на речной сток
Развитие промышленности и рост городского населения ока-
зывают весьма многообразное, комплексное влияние на водные
ресурсы, гидрологический режим и особенно на качество природ-
ных вод. Оно проявляется, во-первых, в непосредственных изъя-
тиях воды из гидрографической сети и из подземных горизонтов
и последующих сбросах использованных вод в реки и водоемы.
Причем для водоснабжения промышленности и городского насе-
ления нередко сооружаются специальные пруды и водохранилища
и системы каналов протяженностью десятки и сотни километров,
которые сами по себе оказывают немалое воздействие па гидро-
логический цикл. Во-вторых, развитие промышленности связано
с изменением условий формирования стока и всех элементов вод-
ного баланса в результате застройки и асфальтирования терри-
торий, сооружения промышленно-коммунальных объектов, горных
выработок, крупных водозаборов подземных вод и т. п.
Довольно часто при оценке антропогенных изменений стока
рек весь перечисленный комплекс факторов хозяйственной дея-
тельности, связанный с развитием промышленности, объединяют
под одним термином «урбанизация». Такой подход вполне оправ-
дан при региональных исследованиях водосборов и оценке изме-
нений их гидрологических характеристик под влиянием всего ком-
плекса факторов хозяйственной деятельности в урбанизированных
районах.
Для решения проблем водообеспечения, исследования дина-
мики и тенденций водопотребления, составления водохозяйствен-
ных балансов, прогнозирования изменений стока под влиянием
антропогенных факторов необходимо выявить в каждом регионе
(бассейне) каждого генетически однородного фактора хозяйствен-
ной деятельности. В этом случае оценивают воздействие па гид-
рологические характеристики отдельно водопотребления промыш-
ленностью (включая теплоэнергетику), коммунальным хозяйством,
прудов и водохранилищ, а также урбанизации, понимая под этим
термином возникновение и рост городов, сооружение различных
промышленных комплексов, горных выработок, дорог и других
промышленных объектов, изменяющих природные ландшафты и
оказывающих в отдельных районах значительное влияние па все
элементы водного баланса, гидрологический режим и окружаю-
203
щую среду в целом. Последнее положение принято и в настоящей
главе, где рассматривается воздействие на речной сток отдельно
промышленного и коммунального водопотребления и урбанизации
(в узком смысле этого слова).
6.1. Промышленно-коммунальное водопотребление
и его роль в изменении стока рек
Коммунальное водопотребление непосредственно связано с по-
треблением воды населением городов и поселков городского типа
(для питья, приготовления пищи, стирки, мойки, уборки помещений
и т.п.), предприятиями бытового и коммунального хозяйства
городов, сферы обслуживания населения (отопительная сеть,
бани, прачечные, бассейны, предприятия торговли, общественного
питания, культуры, медицины, полив улиц и зеленых насаждений
и т. п.). К коммунальному потреблению относятся также затраты
воды промышленностью, непосредственно обеспечивающей нужды
городского населения и потребляющей воду высокого качества из
городских водопроводов. Во многих городах и рабочих поселках,
особенно южных районов значительное количество воды расхо-
дуется для полива огородов, приусадебных и садовых участков.
Объем коммунального водопотребления зависит от числа го-
родских жителей и от степени благоустройства населенных пунк-
тов (наличия или отсутствия водопроводов, канализации, цент-
рального горячего водоснабжения и т. п.), а также климатических
условий. Удельное водопотребление выражается чаще всего
в л/сутки. Обычно считается, что для удовлетворения всех личных
потребностей человека необходимо 150—250 л (в том числе для
питья и приготовления пищи 2,5—3,0 л); для работы коммуналь-
ных предприятий всей сферы обслуживания и поддержания чи-
стоты и порядка в городе требуется еще 150—200 л на одного
жителя. Расходование воды сверх указанных значений обычно
связано с использованием ее городскими промышленными пред-
приятиями. В небольших городах при отсутствии эффективных
систем водопроводов и канализации потребление воды уменьша-
ется до 75—100 л/сут на человека. Верхние пределы приведенных
выше значений норм водопотребления относятся к южным рай-
онам, нижние — к северным.
Фактические значения водопотребления во многих крупных
благоустроенных городах мира в общем соответствуют приведен-
ным выше нормам и составляют на одного жителя (л/сут): Мос-
ква— 600, Нью-Йорк — 600, Париж — 500, Лондон — 263, Бир-
мингем — 655, Милан — 530, Мадрид —305 Осло— 593 и т. п.
[125, 194, 303].
В связи с ростом городов, повышением уровня их благоустро-
енности, улучшением жизненных условий и повышением культуры
населения удельное коммунальное водопотребление В большин-
стве стран мира постоянно увеличивается. Если в начале XX в.
204
в России в населенных пунктах с водопроводами потреблялось
15—30 л воды па одного человека в сутки, то в настоящее время
городское население СССР потребляет в среднем 300 л/сут на
одного жителя. В США с 1900 по 1970 г. удельное водопотребле-
ние городского населения выросло с 100—150 до 400—500 л/сут,
т. е. в 3—4 раза, в странах Западной Европы — более чем
в 2 раза. В промышленно развитых странах Европы и Северной
Америки через 15—20 лет предполагается довести удельное во-
допотребление на одного жителя до 400—1000 л/сут.
В соответствии с имеющимися публикациями, обзор которых
представлен в работе [303], па уровень 1976—1980 гг. годовой
объем хозяйственно-бытового водопотребления по отдельным
странам* мира составлял (км3): США — 45, СССР — 21, Фран-
ция— 4,0, ФРГ — 3,6, Великобритания — 6,4, Япония — 6,8, Ин-
дия — 24, Китай — 34, Австралия — 1,0 и т. д.
Динамика коммунального водопотребления в СССР, США и
в мире в целом за период текущего столетия приведена в табл. 6.1
[302].
Таблица 6.1
Затраты воды на коммунальные нужды, км3/год
Страна Год
1900 1940 1950 1900 1970 1975 1980 1990 2900
СССР 1,6 3,0 3,2 5,0 9,7 14,0 20,3 30,2 36 *
0,6 0,8 0,8 1,1 2,0 з,з 5,7 6,6 7,0
США 4 14 19,3 29,0 37,3 40,1 47,0 49 50
0,8 2,8 3,8 4,8 6,5 7,0 9,8 10,6 11
Мировое (окру- 16 36 52 82 130 161 200 300 440
тленно) водопо- требление 4 9 14 20 29 34 41 52 64
Примем ап и с. В числителе — полное водопотребление, в знаменателе —
безвозвратное.
При расчетах водного баланса для определения объемов сточ-
ных вод и количественной характеристики использования водных
ресурсов большое значение имеют величины безвозвратного водо-
нотреблення на хозяйственно-бытовые нужды населения и объемы
водоотведения. Большая часть забранной воды в городском водо-
снабжении после использования при эффективно действующей
системе канализации возвращается снова (после очистки или без
* Данные по странам не всегда сравнимы, поскольку один страны приводят
суммарное водопотребление городским и сельским населением (например, СЛИЛ,
Австралия, Бразилия), другие — только водопотребление городским населением
(например, СССР и другие страны СЭВ, африканские страны).
год
пее) в гидрографическую сеть в виде сточных вод. Основная часть
безвозвратных потерь складывается из потерь воды на испарение
при утечках из водопроводной и канализационной сети, при по-
ливах зеленых насаждений, улиц, зон отдыха, приусадебных участ-
ков и т. п. и, таким образом, в значительной степени зависит от
климатических условий (в сухих жарких районах потери, есте-
ственно, больше, чем в холодных и влажных).
Безвозвратное водопотреблепие непосредственно на личные
нужды человека невелико по сравнению с потерями воды на
испарение. Относительные значения безвозвратного водопотребле-
ния, выражаемые обычно в процентах от водозабора, в значитель-
ной степени зависят от объемов полного удельного водопотребле-
ния на коммунальные нужды. Так, в современных благоустроен-
ных городах с централизованной водопроводной сетью и эффек-
тивной системой канализации, характеризующихся удельным
водопотреблением 400—600 л/сут, безвозвратные потери не пре-
вышают обычно 5—10 % от суммарного водозабора: для малых
городов с большим фондом индивидуальных застроек, не обеспе-
ченных полностью централизованной канализационной системой,
где удельное водопотребление составляет 75—100 л/сут, безвоз-
вратные потери значительно возрастают и могут достигать 40—
60 % от водозабора. Как указывалось выше, наименьшие значения
относятся к более северным районам — наибольшие — к сухим
южным.
Таким образом, безвозвратное водопотребление, зависящее от
многих факторов, для отдельных городов, районов, стран может
различаться в очень больших пределах.
Современная тенденция развития коммунального водопотреб-
ления во всех странах мира — сооружение в больших и малых
городах эффективных централизованных систем водопроводов и
канализации, подключение к этим системам все большего числа
зданий и населенных пунктов, увеличение удельного водопотреб-
ления на одного жителя. В связи с этим значения безвозвратного
водопотребления в перспективе, особенно выраженные в процен-
тах от водозабора, должны несколько уменьшаться.
Вода в промышленности применяется для охлаждения нагрева-
ющихся в процессе производства агрегатов, механизмов, инстру-
ментов, для транспорта и мойки, используется как растворитель,
входит в состав готовой продукции. Значительное количество воды
в промышленности используется для поддержания в производ-
ственных помещениях и территории предприятий необходимых
санитарно-гигиенических условий, а также для удовлетворения
потребностей работающего персонала.
В качестве главнейшего водопотребителя в промышленности
выступает теплоэнергетика, для которой требуется огромное ко-
личество воды для охлаждения агрегатов. Объемы промышлен-
ного водопотребления весьма различны пе только для отдельных
отраслей промышленности, но даже для выпуска одной к той же
продукции в зависимости от технологии производственного про-
206
цесса. Зависит оно и от климатических условий. Как правило,
в северных районах водопотребление промышленностью значи-
тельно меньше, чем в южных сухих районах с высокими темпе-
ратурами воздуха. Отрасли промышленности значительно
дифференцируются по объему использования водных ресурсов;
главными потребителями воды в промышленности являются
теплоэнергетика, химия и нефтехимия, черная и цветная метал-
лургия, целлюлозно-бумажная промышленность и машинострое-
ние. В СССР в 1980 г. из 107 км3 воды, потребленной промыш-
ленностью, на долю теплоэнергетики пришлось примерно
66 %, а па долю всех пяти перечисленных выше отраслей — 89 %
всего промышленного водопотребления.
По данным, представленным в [354], в 1977 г. в США на
теплоэнергетику приходилось 76 % всего водопотребления, в Япо-
нии— 72 %, в Австралии — 68 %, в Бразилии—14 % и в Ин-
дии— 11 %. Согласно [175], в США па уровень 1960 г. 2/3 сум-
марного промышленного водопотребления (без теплоэнергетики)
приходилось на химическую, нефтеперерабатывающую и целлю-
лозно-бумажную промышленность.
Для характеристики водоемкости отраслей промышленности
часто используют показатель расхода свежей воды на 1 т гото-
вой продукции. Так, в черной металлургии на добычу и обогаще-
ние 1 т руды расходуется в среднем 2—4 м3 свежей воды, на про-
изводство 1 т чугуна—40—50 м3, проката—10—15 м3, меди —
500 м3, никеля—до 4000 м3. Особенно большой расход свежей
воды требуется для предприятий целлюлозно-бумажной и нефте-
химической промышленности: на производство 1 т целлюлозы тре-
буется обычно 400—500 м3 воды, вискозного шелка— 1000—
1100 м3, синтетической резины—до 2800 м3, синтетических воло-
кон и пластмасс — 2500—5000 м3, конденсаторной бумаги — до
6000 м3 и т. д. Для теплоэлектростанции мощностью 1 млн. кВт
при прямоточной системе водоснабжения требуется 1,0—
1,6 км3 воды в год. Еще больше (в 1,5—2 раза, а по некоторым
данным в 3—4 раза) воды требуется для атомных станций той
же мощности. Для целлюлозно-бумажного комбината мощностью
500 тыс. т продукции в год ежегодно требуется 435 млн. м3 све-
жей воды, а для среднего по мощности металлургического за-
вода— примерно 250 млн. м3 [166].
Приведенные значения дают основание предполагать, что в по-
следние два-три десятилетия должно резко увеличиться водопо-
требление промышленностью, поскольку именно в это время во
всем мире резко выросло производство электроэнергии па тепло-
вых и атомных станциях, интенсивно развивается производство
синтетических волокон, искусственного каучука, пластмасс, цел-
люлозы, которые требуют особенно больших затрат воды.
Основные характеристики промышленного водопотребления —
объемы забора свежей воды, безвозвратного водопотребления, во-
доотведения — в очень большой степени зависят от принятой
схемы водоснабжения. Существуют две основные схемы — пря-
207
моточная и оборотная. При прямоточной системе забираемая из
источника вода после использования (с очисткой или без очи-
стки) сбрасывается в водотоки; при оборотной системе исполь-
зованная вода охлаждается, очищается и снова поступает в си-
стему водоснабжения. Таким образом, система оборотного
водоснабжения исключает сброс отработанных вод обратно в во-
доемы или водотоки и предусматривает их многократное исполь-
зование в производстве.
• Количество необходимой свежей воды в случае оборотного во-
доснабжения незначительно и определяется расходом, необходи-
мым для восполнения безвозвратного водопотребления в процессе
производства и регенерации, а также для периодической замены
воды в оборотных циклах. Например, по данным [121], тепловая
станция при мощности 1 млп. кВт при прямоточном водоснабже-
нии потребляет 1,58 км3/год свежей воды, а при оборотном —
всего 0,12 км3 год, или в 13 раз меньше. По данным [166], ГРЭС
мощностью 1,2 млн. кВт при прямоточной системе требует 1,47 км3
свежей воды, а с оборотной системой — всего 0,116 км3; метал-
лургические заводы с оборотной системой водоснабжения и зам-
кнутыми циклами для всех цехов па производство 1 т чугуна
расходуют 37—40 м3 свежей и 350—400 м3 оборотной воды, тогда
как действующие металлургические заводы с прямоточной систе-
мой водоснабжения используют соответственно 270—300 м3 све-
жей и 90—100 м3 оборотной воды.
Технический прогресс в промышленном водопотрсблепии
с точки зрения рационального использования водных ресурсов
состоит не только во все более широко используемом оборотном
водоснабжении, по и во внедрении в производство безводных
технологических процессов или процессов, значительно сокращаю-
щих количество расходуемой свежей воды. В тех отраслях про-
мышленности, где основная часть воды используется для охлаж-
дения, важным фактором снижения расхода свежей воды явля-
ется замена водяного охлаждения воздушным.
Безвозвратное водопотребление в промышленности, как
правило, составляет незначительную долю от водозабора, по
очень сильно колеблется в зависимости от отраслей промышлен-
ности, характера водоснабжения, технологического процесса, кли-
матических условий, составляя в теплоэнергетике всего 0,5—4 %
от водозабора, в большинстве отраслей промышленности 5—20 %,
в отдельных отраслях до 30—40 %. Причем при прямоточной
системе водоснабжения, естественно, безвозвратное потребление,
выраженное в процентах от водозабора, существенно меньше, чем
ври оборотной, а забор свежей воды, наоборот.
Развитие промышленного водопотребления является одной из
главных причин загрязнения природных вод. Это объясняется, во-
первых, очень быстрым ростом промышленности, во-вторых, осо-
бенно интенсивным ростом наиболее водоемких производств (про-
изводство искусственных волокон, нефтехимия, i
мажная промышленность и
208
нефтехимия, целлюлозпо-бу-
г. д.), в-третьих, бурным развитием
теплоэнергетики и строительства атомных станций, в-четвертых,
очень малым безвозвратным потреблением воды в промышленно-
сти, когда абсолютно большая часть забранной на нужды про-
мышленности воды после использования сбрасывается в виде
сточных вод, очень часто неочищенных или частично неочищен-
ных, которые загрязняют водные объекты.
Интенсивное использование воды тепловыми и атомными стан-
циями связано со сбросом в реки и озера большого количества
подогретых па 8—12 °C отработанных вод, что нарушает есте-
ственный термический режим водных объектов, существенно изме-
няя многие природные процессы и приводя к проблеме так назы-
ваемого «теплового загрязнения».
Динамика промышленного водопотребления для отдельных
районов, стран или речных бассейнов находится под влиянием
различных тенденций: с одной стороны, объем водопотребления
должен увеличиваться в связи с ростом промышленности и теп-
лоэнергетики, с другой — это увеличение пе должно быть пропор-
циональным росту промышленности, в связи с тем что для разви-
тых стран характерна тенденция все большего перехода па
оборотные системы водоснабжения, а во многих отраслях про-
мышленности на так называемую безводную пли сухую техноло-
гию. В некоторых странах и районах мира имеет место также
тенденция все большего использования для водопотребления про-
мышленностью и теплоэнергетикой морских вод (например,
в США, Японии, ФРГ).
Динамика промышленного водопотребления для СССР, США
и мира в целом по данным, приведенным в работе [302], пока-
зана в табл. 6.2. В ней приведены прогнозные оценки па 1990—
2000 гг., выполненные в самые последние годы; для СССР и осо-
бенно для США они разительным образом отличаются от
прогнозов, составленных десять и даже пять лет назад, которые,
например, приведены в работе [125]. Тогда предполагался рост
промышленного водопотребления к концу столетия в СССР до
220 км3/год, а в США до 810 км3/год. В последние годы в этих
странах (впрочем, как и во многих других развитых странах
мира) большее внимание уделяется внедрению в промышленность
оборотного водоснабжения, переходу на безводную технологию,
использованию для охлаждения морской воды.
По современным прогнозам по США предполагается стабили-
зация промышленного водопотребления уже к 1990 г. и даже
уменьшение затрат воды иа нужды теплоэнергетики. Большое
значение в этой стране придается использованию в промышлен-
ности морской воды. В СССР также ставится вопрос о стабили-
зации объема промышленного водопотребления на уровне конца
80-х годов. В то же время как в СССР, так и в США объемы
безвозвратного водопотребления будут расти довольно быстрыми
темпами.
Несмотря па имеющие место в развитых странах мира тенден-
ции стабилизации и даже уменьшения объема промышленного
14 Заказ № 159
209
Таблица 6.2
Затраты воды на промышленное водопотребление, км3/год
Страна Год
1900 1940 1950 I960 1970 1975 1980 1990 2000
СССР 1,0 10,0 15,0 29,1 70,0 85,0 но 122 156
0,1 1,0 1,5 3,1 5,1 7,8 13,0 24 36
в том числе
теплоэнерге- — — 5,3 12,2 35,0 48 60 70 100
тика 0,2 0,4 1,2 1,7 2,5 3,7 7,0
США 2,0 72 106 190 300 338 352 393 390
0,6 2,1 3,3 5,6 9,5 11,0 14,4 19 24
в том числе:
теплоэнерге- — • 55 138 235 276 290 280 280
тика 0,7 1,8 3,3 4,1 6,2 10,0 14,6
водозабор — - — 13,8 42,8 73,2 95,3 981 140 170
соленых вод
Мир в целом 36,2 124 178 330 540 612 710 973 1280
3,5 9,7 14,5 24,9 38,0 47,2 61,9 88 117
Примечание. В числителе — полное водопотребление, в знаменателе —
безвозвратное.
водопотребления, как показывает анализ имеющихся данных и
прогнозов па будущее, промышленное водопотребление постоянно
растет в мире и будет расти в перспективе до конца столетия.
С 1980 по 2000 г. предполагается увеличение водопотребления
промышленностью во всем мире почти в 2 раза (табл. 6.2). Это
примерно в 1,5—3 раза ниже темпов роста объема промышлен-
ного производства.
Для оценки влияния промышленности на количественные ха-
рактеристики водных ресурсов и качество природных вод особенно
важно знать структуру и тенденции развития безвозвратного
промышленного водопотребления.
По своей структуре безвозвратное водопотребление в промыш-
ленности и теплоэнергетике может быть разделено на три вида^:
1) потери на дополнительное испарение за счет солнечной
энергии — при водоподаче от источника до предприятия, при
охлаждении воды внутри технологического цикла и в результате
сбросов использованной воды (часто подогретой) в гидрографи-
ческую сеть;
2) потери воды на испарение внутри предприятий за счет энер-
гии, выделяемой в ходе технологического процесса;
3) потери воды за счет включения ее в состав готовой про-
дукции.
Вторая и третья группа потерь практически нс зависят от
климатических условий и целиком определяются характером про-
изводства.
210
Выполненный анализ структуры безвозвратных потерь по
указанному принципу показал, что в среднем для промышленно-
сти и теплоэнергетики подавляющая часть безвозвратных потерь
приходится на первую группу и, следовательно, объем безвозврат-
ного водопотребления при прочих равных условиях должен быть
более значительным для южных районов с сухим жарким клима-
том, чем для северных и избыточно увлажненных районов. Кроме
этого, безвозвратные потери в промышленности и теплоэнергетике
в большей мере зависят от применяемой системы водоснабжения:
при прямоточной системе безвозвратные потерн наименьшие, при
•оборотной — резко уменьшается забор свежей воды и объем сброс-
ных вод, но безвозвратные потери увеличиваются нередко в 1,5—
3 раза. Поэтому в перспективе в связи со всемерным развитием
систем оборотного водоснабжения и повторного многократного
использования воды в промышленности следует ожидать некото-
рого увеличения безвозвратного водопотребления (в процентах от
водозабора) в целом для отдельных стран, регионов, крупных
речных бассейнов. Указанные обстоятельства обычно учитываются
при прогнозных оценках влияния промышленного водопотребле-
ния на количественные характеристики водных ресурсов.
Влияние современного промышленно-коммунального водоснаб-
жения на годовой и сезонный сток больших и средних рек неве-
лико, и, как правило, находится в пределах точности определения
гидрологических характеристик на гидрометрических створах, по-
-этому выявить роль указанных факторов путем анализа данных
фактических наблюдений за гидрометеорологическими элементами
в пределах речных бассейнов не представляется возможным.
Экспериментальные материалы по структуре безвозвратных
потерь при разных схемах водопотребления и водоотведения в во-
доснабжении и в различных климатических условиях, как из-
вестно, отсутствуют. Что касается фактического учета промыш-
ленно-коммунального водопотребления, то обычно для регионов и
речных бассейнов имеются лишь более пли менее надежные дан-
ные по суммарным заборам воды, в то время как надежные и
полные сведения по объемам сточных вод, а следовательно, и по
учету безвозвратного водопотребления, как правило, отсутствуют.
Это происходит потому, что, во-первых, точность и полнота учета
водоотведения находится на крайне низком уровне, а, во-вторых,
даже надежный учет сбросных вод еще недостаточен для расчета
безвозвратных потерь, поскольку значительная часть забранной
на нужды водоснабжения воды может возвращаться в реки под-
земным путем.
В связи с изложенным для ориентировочной оценки влияния
промышленного и коммунального водопотребления на годовой сток
рек в СССР в основном ориентируются на данные по полному
водопотреблению, переходя от них к безвозвратным потерям пу-
тем введения коэффициентов, которые зависят от различного рода
характеристик водопотребления и климатических условий. Так,
14*
211
для СССР современные (на 1980—1985 гг.) значения безвозврат-
ных потерь воды, выраженные в процентах от водозабора, при-
нимаются равными в промышленности (без теплоэнергетики) от
8—10% (северные районы) до 15—20 % (южные районы), в теп-
лоэнергетике соответственно от 1—2 до 3—5 %. К концу столетия
в связи с намечаемым широким внедрением систем оборотного
водоснабжения и повторного использования воды относительные
безвозвратные потери увеличатся в промышленности соответ-
ственно до 15—20 и 30—40 %, в теплоэнергетике до 2—3 и 6—9 %.
Таким образом,
пр»
(6.1)
т. э>
где ДУПр и АУтэ — среднее уменьшение годового стока реки соот-
ветственно за счет водопотребления промышленностью и тепло-
энергетикой; <2взб пр и QB36 тэ — суммарные водозаборы на нужды
промышленности и теплоэнергетики; /<Пр и Лтэ — коэффициенты,
значения которых принимаются следующими (табл. 6.3).
Таблица 6.3
Значения Лпр и /\тэ
Год ^пр А тэ Год 7<пр ^тэ
1985 2000 Северные pai 0,08—0,10 0,15—0,20 1ОНЫ 0,01—0,02 0,02—0,03 1985 2000 Южные район 0,15—0,20 0,30—0,40 ы 0,03—0,05 0,06—0,09
Аналогичным образом оцениваются объемы современных отно-
сительных значений безвозвратного водопотребления на нужды
коммунального хозяйства: от 10—15 до 25—30 % соответственно
для северных и южных районов. В перспективе к концу столетия
в результате строительства централизованных систем водопрово-
дов и канализации следует ожидать уменьшения указанных зна-
чений до 8—12 % в северных и до 20—30 % в южных районах.
Таким образом, уменьшение среднего годового стока рек за
счет коммунального водопотребления равно
АТ КОМ КкОмЗвзб ком*
где Qb;i6 ком объем водозабора па коммунальные нужды; /(ком '
коэффициент, значения которого принимаются следующими
(табл. 6.4).
Следует отметить, что коэффициенты в формулах (6.1) и (6.2)
в годы с высокой температурой воздуха и малым количеством
осадков возрастают на 15—25%. а во влажные и холодные годы
212
Таблица 6.4
Значения Л\<ом
Год ^ком Год ^КОМ
Северные районы Южные районы
1985 2000 0,10—0,15 0,08—0,12 1985 2000 0,25—0,35 0,20—0,30
примерно на столько же снижаются. Отметим также, что исполь-
зование осреднепных значений коэффициентов в формуле (6.1)
дает приемлемые результаты лишь для больших речных бассей-
нов, где имеют место самые различные отрасли промышленности.
По изложенной выше схеме в ГГИ в 1976—1980 гг. выполнены
приближенные оценки изменений стока всех крупнейших рек
СССР под влиянием промышленно-коммунального водопотребле-
ния на различные расчетные уровни [298]. Для примера приве-
дем полученные значения для бассейна р. Волги на 1980 и 1990—
2000 гг. (табл. 6.5). Таким образом, в 1980 г. суммарное умень-
шение годового стока р. Волги за счет указанных видов хозяй-
ственной деятельности составляло примерно 1,3 %, к концу сто-
летия она может достигать 2,7 %.
Исходя из приведенных значений, становится очевидным, что
основное воздействие развитие промышленно-коммунального водо-
потребления оказывает не иа количественные характеристики вод-
ных ресурсов, а на качество природных вод, являясь основным
загрязнителем водотоков и водоемов суши, а также Мирового
океана. Промышленно-коммунальные сточные воды, составляющие
80—90 % от объема водозабора, очищаются далеко не везде и
неполностью и это основной негативный фактор качественного
истощения водных ресурсов, особенно в густонаселенных промыш-
ленных районах земного шара.
Таблица 6.5
Уменьшение годового стока р. Волги
за счет промышленно-коммунального
водопотребления, км3/год
Вид водопотребления Годы
1980 1990-2000
А ком 9,85 1,30
Д ^пр 2,00 4,20
Л Ктэ 0,30 1,20
Всего 3,15 6,70
213
6.2. Влияние урбанизации на гидрологический цикл
Урбанизация территории оказывает с каждым годом все боль-
шее влияние па окружающую среду; сток с урбанизированной
•территории в количественном и качественном отношении резко
отличается от стока с естественных водосборов. Степень влияния
урбанизации на водные ресурсы регионов и режим стока речных
водосборов, естественно, прежде всего зависит от площади урба-
низированных территорий, т. е. площадей, которые занимаются
под строения, дороги, карьеры, линии связи и другие объекты,
связанные с урбанизацией. Динамика урбанизированных терри-
торий весьма различна в разных странах, однако общая тенден-
ция в мире — непрерывный рост городского населения и урбани-
зированных площадей. В 70-е годы площадь урбанизированной
территории на земле составляла 2 % площади суши, или 13 %
всей интенсивно используемой территории; к концу столетия ожи-
дается увеличение этих величии в 1,5—2 раза. Для отдельных
стран площади урбанизированных территорий колеблются от деся-
тых долей процента до 6—8 % • В США площадь, занятая под
городами, составляет примерно 1,5 % всей территории, к концу
•столетия эта величина превысит 2 %. В ФРГ в 1973 г. площадь
под городами составляла 4 %, к 2000 г. предполагается ее увели-
чение до 6,5 %. В Нидерландах и в Дании уже в настоящее время
урбанизировано 7—8 % площади [154].
В СССР в настоящее время площадь урбанизированной тер-
ритории оценивается всего в 0,5 %, к 2000 г. она составит 0,7—
0,8%. В то же время в отдельных промышленно-развитых рай-
онах (Центральные районы, Донбасс, Урал и др.) площади урба-
низированных территорий примерно на порядок больше. Площади,
занимаемые крупнейшими городами мира, достигают 1000 км2 и
больше: например, площадь Токио с пригородами 2140 км2, Лос-
Анджелес— 1200 км2, Нью-Йорк, Лондон, Рио-де-Жанейро имеют
площадь более 1000 км2, Москва — 900 км2 [82, 154]. Исходя из
этого, очевидно, что урбанизированные территории вряд ли могут
оказывать заметное влияние на количественные характеристики
речного стока и водные ресурсы больших речных бассейнов и
крупных природно-экономических регионов мира. Однако речной
сток средних речных бассейнов и особенно малых водосборов,
расположенных непосредственно в промышленно-развитых регио-
нах и вблизи крупных городов, претерпевает весьма существенные
изменения под влиянием урбанизации, с которыми нельзя не счи-
таться при расчетах различных гидрологических характеристик
и оценках качества воды.
Основными факторами, определяющими изменения гидроло-
гического цикла на урбанизированной территории, являются:
— создание нового антропогенного ландшафта с городской и
промышленной застройкой, с преобразованными водными объек-
тами, пригородными комплексами и зонами отдыха;
214
— наличие различных водонепроницаемых или малопроницае-
мых участков, занятых зданиями, промышленными и хозяйствен-
ными строениями, твердыми покрытиями, дорогами и т. п., умень-
шающими инфильтрацию и нарушающими естественную связь-
поверхностных и подземных вод;
— преобразование естественной гидрографической сети и со-
здание дренажных и канализационных систем, способствующих
быстрому сбросу дождевых и талых вод;
— вовлечение в использование на урбанизированной террито-
рии воды из-за пределов местных водосборов и из глубоких под-
земных горизонтов;
— нарушение естественного теплового и ветрового режима,,
а также загрязнение воздушного бассейна, приводящих к измене-
нию температуры воздуха, осадков и испарения;
— нарушение связи между поверхностными и подземными
водами за счет развития депрессионных воронок подземных вод.
в результате их интенсивного отбора.
Следует отметить, что указанные факторы в той или иной
степени имеют место не только непосредственно па урбанизиро-
ванной территории, но и на прилегающей к ней местности.
Влияние урбанизации на гидрологический цикл представляет'
собой весьма сложную, самостоятельную проблему, особенно акту-
альную для густонаселенных промышленно-развитых стран За-
падной Европы, США и Японии, где и получили наибольшее
распространение исследования по гидрологии урбанизированных
территорий. Для нашей страны эта проблема не столь актуальна
и посвященные ей публикации довольно ограничены. Впервые
в СССР всесторонний обзор и анализ исследований по влиянию
урбанизации на гидрологический цикл выполнен в монографии
В. В. Куприянова [154]. В последующие годы этой проблеме по-
священ целый ряд отечественных публикаций и переводных работ
[82, 92, 258]. Среди последних зарубежных работ обобщающего
характера следует назвать монографию [258] и справочное руко-
водство, подготовленное группой ведущих специалистов разных
стран по линии Международной ассоциации научной гидрологии
[341].
Для оценки влияния урбанизации на гидрологические харак-
теристики малых и средних речных водосборов в нашей стране-
достаточно широко используются статистические методы (см.
главу 2), основанные на использовании сетевой гидрометеороло-
гической информации за многолетний период наблюдений, при
этом наиболее часто применяются различные комбинации метода
гидрологической аналогии и сопоставление за отдельные много-
летние периоды характеристик осадков и стока. Таким образом
обычно оценивают влияние урбанизации на годовой, сезонный и
многолетний сток речных водосборов, а также иногда на сток на-
носов и характеристики качества воды [92].
Для оценки изменений стока под влиянием урбанизации и
расчета максимальных расходов и гидрографов дождевых и талых
215
вод на урбанизированных территориях наиболее широкое распро-
странение получили различного рода достаточно простые и более
сложные математические модели формирования стока; применя-
ются математические модели и для оценки влияния урбанизации
на сток наносов и качество воды. Обзор сведений, применяемых
для городских территорий за рубежом, дается, в частности, в ра-
ботах [320, 347]; конкретный пример использования математи-
ческого моделирования для оценки влияния урбанизации на
гидрограф дождевого стока с очень малого водосбора ВФ ГГИ
приведен в работе [91]. Методика применения простейшей мате-
матической модели для оценки влияния урбанизации на гидрограф
стока описывается в главе 7.
Остановимся кратко на основных общих выводах по влиянию
урбанизации на гидрологический цикл.
Развитие урбанизации прежде всего заметно изменяет клима-
тические условия; за счет целого ряда факторов климат городов
существенно отличается от климата прилегающих территорий
(см. п. 9.2.2). Для оценки гидрологического эффекта урбанизации
особенно важное значение имеет изменение осадков па урбани-
зированных территориях. Данные многочисленных исследований
показывают, что увеличение годовой суммы осадков для крупного
промышленного города составляет в среднем примерно 10 %; не
меньше влияние урбанизации па перераспределение осадков по
территории и во времени [154, 155]. Сток с урбанизированной
территории в количественном и качественном отношении резко от-
личается от стока естественных водосборов. Различия в той или
иной мере касаются объема годового стока, максимальных и ми-
нимальных расходов, качества воды, а также соотношений между
поверхностной и подземной составляющими стока. Годовой сток
•с урбанизированной территории в большинстве случаев значи-
тельно больше (в среднем па 10—15%), чем сток в естественных
условиях за счет больших осадков и увеличения коэффициента
стока. В районах, где речной сток формируется ливневыми осад-
ками, увеличение годового стока с городской территории может
достигнуть 100—200 %. Значительное увеличение стока происходит
также при использовании в городах больших объемов воды, пере-
брасываемых извне или поступающих из глубоких подземных
горизонтов [154, 155]. Так, по расчетам В. В. Куприянова [154],
годовой сток с территории г. Минска в р. Свислочь имеет увели-
ченные-(по сравнению с зональными) значения иа 30—40 %, из
которых 10% приходится за счет большего выпадения атмосфер-
ных осадков и 20—30 %—за счет сбрасываемых в реку сточных
вод, забор которых осуществляется из горизонтов, гидравлически
не связанных с рекой. Вместе с тем в случаях отведения исполь-
зованных вод или массового вывоза снега за пределы города
годовой сток с городской территории может быть .значительно
уменьшенным. То же самое имеет место на малых и средних во-
досборах, расположенных в зонах депрессионных воронок за счет
сокращения подземного притока в реки. Так, по данным
216
Б. С. Устюжанина [92], годовой сток рек на урбанизированных
территориях Курской магнитной аномалии и Московского арте-
зианского бассейна на 30—40 % меньше стока естественных во-
досборов. Уменьшение годового стока на многих урбанизирован-
ных водосборах промышленного Урала составляет по данным
[226], в среднем 50—55 % > достигая в отдельные годы еще боль-
ших значений.
Аналогичные тенденции имеют место в изменениях объема ве-
сеннего и меженного стока на урбанизированных территориях,
при этом диапазон изменений еще более значителен. Например,
минимальный среднемесячный сток р. Свислочь на выходе из
г. Минска превышает его зональное значение примерно в 2 раза.
С другой стороны, в период межени, когда реки переходят на
подземное питание, меженный сток с урбанизированных террито-
рий может быть существенно меньшим, чем с естественных.
В среднем меженный сток малых урбанизированных водосборов
Курской магнитной аномалии, Московского артезианского бас-
сейна и промышленного Урала составляет 30—60 % от естествен-
ного [92, 155, 226].
Объем и максимальные расходы весеннего половодья с тер-
риторий больших городов обычно не имеют достаточно надежной
связи со спегозапасами и характером предшествующей зимы. Это
происходит из-за очищения города от снега и вывоза его за пре-
делы городской территории. Помимо этого, урбанизированные тер-
ритории оказывают непосредственное влияние на условия весен-
него половодья на значительной площади; промышленные загряз-
нения распространяются далеко за пределы города, снижая
альбедо снежного покрова (более чем в 2 раза) и ускоряя про-
цесс снеготаяния. Опережение схода снега в городе и вокруг него
составляет в зависимости от широты местности от 10 сут (южные
районы) до 45 сут (северные).
Наиболее резко урбанизация сказывается па максимальных
расходах, объеме и форме гидрографа дождевых паводков. По
данным исследователей различных стран, средние максимальные
расходы дождевых паводков па малых урбанизированных водо-
сборах за счет увеличения скоростей стекания и повышения стока
с малопроницаемых дорожных покрытий и крыш могут увеличи-
ваться в 3—8 раз. При этом наибольшие повышения расходов
дождевых паводков на урбанизированных водосборах, по сравне-
нию с естественным наблюдаются при малых и средних их зна-
чениях. Для ливневых паводков редкой повторяемости различия
в максимумах уменьшаются вследствие большой интенсивности
выпадющих осадков и меньшей разности в коэффициентах стока
с естественной поверхности и с искусственных покрытий.
Сток наносов с урбанизированных территорий характеризуется
резким увеличением (на порядок и более) по сравнению с есте-
ственными условиями в период строительства и проведения до-
рожных работ вследствие уничтожения растительного покрова,
экскавации земли, нарушения почвенного баланса. После их за-
217
•вершения сток наносов становится меньшим, чем до застройки
вследствие закрепления грунта строениями, дорожными покры-
тиями, создания парков, газонов и садов, т. е. в результате умень-
шения интенсивности процессов поверхностной эрозии [154, 155].
С практической точки зрения наиболее важным аспектом влия-
ния урбанизации па водные ресурсы является изменение
химического состава и качества воды. В результате сбросов ис-
пользованных вод в промышленности и коммунальном хозяйстве
и ливневого стока в пределах городских территорий образуются
большие массы загрязненной воды, обогащенной минеральными
органическими веществами, которая обычно сбрасывается в реки
и озера, загрязняя их на большом протяжении.
Имеющие исследования по различным городам и урбанизиро-
ванным территориям СССР позволяют дать некоторую количе-
ственную оценку изменения химического состава природных вод
под влиянием урбанизации. Биохимическая потребность в кисло-
роде и суммарное содержание растворенных органических соеди-
нений может увеличиваться в 2—4 раза; содержание азота и
фосфора возрастает в 3—10 раз, что обусловлено невысокой эф-
фективностью современных методов очистки сточных вод. В вод-
ных объектах на урбанизированной территории наблюдается резкое
снижение содержания кислорода, за счет поступления про-
мышленных и бытовых стоков происходит увеличение концентра-
дии ионов натрия, хлора, калия, кальция и SO4 (на 10—30%);
содержание СПАВ в воде изменяется в пределах 0,2—0,5 мг/л
.[90, 153, 154, 247].
Загрязнение водных объектов в районах, прилегающих к го-
родским территориям, не может быть в полной мере ликвидиро-
вано при самой совершенной очистке и даже полном прекраще-
нии сбросов промышленных и коммунальных сточных вод, по-
скольку остаются такие источники загрязнений, как сток с город-
ских территорий ливневых, талых и поливо-моечных вод. Прак-
тически всегда в поверхностном стоке городов содержатся тяже-
лые металлы: медь, железо, цинк, свинец [86].
В заключение отметим, что урбанизация не может заметно
сказаться на водных ресурсах больших речных бассейнов и круп-
ных регионов не только за счет относительно малых площадей
урбанизированных территорий, но и за счет разной направленно-
сти воздействия на годовой сток. Действительно, горные выра-
ботки и крупные водозаборы подземных вод, обусловливая сни-
жение уровня грунтовых вод и создание депрессионных воронок
на площадях, достигающих иногда сотен и тысяч квадратных
километров, могут оказывать принципиально различное влияние
на водный баланс речных бассейнов. При неглубоком естествен-
ном залегании грунтовых вод снижение их уровня может заметно
уменьшать суммарное испарение в речных бассейнах, а значит
увеличивать сток. С другой стороны, водопонижения могут
уменьшить естественную разгрузку подземных вод в речную сеть,
218
что приводит к уменьшению общего речного стока [92]. Помимо-
этого, водоотведение при горных выработках обычно сопровож-
дается сбросом шахтных вод в реки, что увеличивает сток
малых рек.
Таким образом, горные выработки и эксплуатация водозаборов
подземных вод для водоснабжения могут порождать целый ряд.
факторов, потенциально действующих как в сторону увеличения,
так и в сторону снижения естественного речного стока. То же
самое относится к сооружению на речных водосборах различного
рода промышленных и транспортных объектов, а также урбани-
зации территории. Следовательно, все перечисленные факторы
могут воздействовать в ту или иную сторону только на сток ма-
лых, иногда средних рек, применительно же к водным ресурсам
больших речных бассейнов и регионов их влиянием вполне можно*
пренебречь.
Об использовании методов математического
моделирования для оценки и прогноза
антропогенных изменений речного стока
7.1. Виды моделей и особенности их применения
для оценки антропогенных изменений стока
В последние 20—25 лет математические модели довольно ши-
роко используются для оценки количественных изменений в гид-
рологическом режиме рек под влиянием хозяйственной деятель-
ности. Разработка математических моделей для изучения гидро-
логических процессов и их антропогенных изменений началась
с первого варианта классической Стенфордской модели форми-
рования стока с речпого водосбора, разработанной в США
в 1960 г. [319]. Стенфордская гидрологическая модель, разрабо-
танная под руководством Лпнслея, основана на принципе водного
баланса с учетом поверхностного и подповерхностного стока, ин-
фильтрации и поверхностного задержания. В последующие годы
было разработано несколько вариантов модели, последний из
которых представляет собой наиболее совершенную гидрологиче-
скую модель речпого водосбора, попытку описать по-возможности
комплекс всех процессов, происходящих па водосборе, причем
наиболее простыми способами с целью достижения практической
реализации при работе с моделью.
На рис. 7.1 представлена схема одного из последних вариантов
Стенфордской модели [344], работа которой контролируется
30 параметрами. Модель даст возможность производить числен-
ные эксперименты на ЭВМ по выявлению влияния антропоген-
ных изменений различных физико-географических факторов на
водный баланс и режим стока в замыкающем створе и в различ-
ных частях бассейна.
Разработка в последующие годы в разных странах мира са-
мых различных по сложности и назначению моделей речных водо-
сборов дала гидрологам мощный инструмент для оценки и
прогнозирования влияния естественных и антропогенных факто-
ров на режим речного стока.
Применение методов математического моделирования к оценке
влияния факторов хозяйственной деятельности на гидрологический
режим предполагает следующие этапы:
— изучение процессов в натуре и составление уравнений, опи-
сывающих изменение во времени и в пространстве элементов гид-
рологического цикла и определяющих их факторов;
— составление алгоритмов решения и программ расчета па
ЭВМ;
220
— расчеты на ЭВМ для реальных условий с целью определе-
ния по натурным данным отдельных параметров, коэффициентов,
граничных условий и т. п. (так называемая подгонка параметров
или калибровка модели);
вход
(Непрерывные осадки, испарение, радиация, температура,
облачность, ветер, водозаборы и ш. д.)
ВЫХОД
(Режим стока)
Рис. /.1. Блок-схема Стенфордской модели речного водосбора
— численный эксперимент, т. е. выполнение на ЭВМ много-
численных расчетов при разных значениях параметров и коэффи-
циентов для выявления роли отдельных естественных и антропо-
генных факторов на гидрологические характеристики.
221
Методы математического моделирования обладают большими
достоинствами в том смысле, что они за короткое время и без
больших материальных затрат позволяют количественно оценить
влияние самого разнообразного сочетания естественных и антро-
погенных факторов и тем самым дают возможность рассчитывать,
и прогнозировать гидрологический режим речных водосборов
в будущем при осуществлении тех или иных вариантов хозяй-
ственного освоения территорий и использования водных ресурсов
и возможных изменений метеорологических условий.
Применительно к изучению влияния хозяйственной деятельно-
сти на гидрологический режим роль математического моделиро-
вания особенно велика. Дело в том, что все методы интегральной
и дифференцированной оценки и прогноза влияния деятельности
человека на сток, которые изложены выше (главы 2—5), могут
дать падежные результаты только для оценки средних характе-
ристик гидрологического режима за отдельные многолетние пе-
риоды, реже за отдельные годы, сезоны или месяцы. Причем, чем
меньше период, за который осредняются характеристики стока,
тем ниже точность полученных результатов.
Практически все рассмотренные выше методы не могут быть
использованы для оценки антропогенных изменений стока месяч-
ного, декадного, суточного и, конечно, гидрографов дождевых па-
водков и весеннего половодья, для учета изменений максималь-
ного и минимального стока. И именно для оценки указанных
характеристик особенно целесообразно использование методов
математического моделирования.
Все разнообразные многочисленные математические модели,
используемые для исследований и учета влияния хозяйственной
деятельности на гидрологический режим можно объединить в сле-
дующие группы:
— модели с распределенными параметрами; это наиболее
сложные модели, параметры которых и входные данные даются
с учетом их распределения по территории водосбора;
— модели с сосредоточенными параметрами; эти модели опе-
рируют с параметрами и коэффициентами, осреднепными для
всего водосбора и отнесенными для замыкающего створа;
— комплексные воднобалансовые модели, основанные на ис-
пользовании уравнения водного баланса по декадным и месячным
интервалам времени для различных участков бассейна и русла;
— статистические модели, под которыми часто подразумевают
методы статистического анализа гидрологических рядов, о^кото-
рых речь шла в главе 2 (методы парной и множественной кор-
реляции, различного вида кривые распределения как своего рода
статистические модели естественных характеристик стока, откло-
нения от которых могут рассматриваться как обусловленные хо-
зяйственной деятельностью человека).
Ниже рассматриваются первые три тина моделей, которые
в отличие от последнего (статистического) принято называть дс-
термепистичсскнми.
222
Следует отметить, что помимо приведенной, существуют и
другие виды классификации детерменистических моделей речных
водосборов; наиболее распространено, например, разделение
моделей на аналитические и концептуальные [347], на линейные
.и нелинейные [344]. Общая методология для оценки антропоген-
ных изменений в гидрологическом режиме с использованием ма-
тематических моделей зависит от наличия исходных гидрологиче-
ских данных в изучаемом бассейне [352].
Наиболее надежно и эффективно могут использоваться мате-
матические модели при наличии в бассейне достаточно длинного
периода наблюдений в условиях естественного режима, т. е. до
того, как были произведены значительные хозяйственные меро-
приятия, обусловившие изменение гидрологического режима.
В этом случае предполагаются следующие этапы работ:
1. Выбор наиболее подходящей модели для изучаемого бас-
сейна, что, естественно, зависит от величины и характера бас-
сейна, от наличия полноты и детальности данных наблюдений
в условиях естественного режима. Например, разработаны модели
формирования стока для малых горных водосборов, для средних
равнинных рек, для больших речных систем и т. п. Для каждого
из указанных типов водосборов существуют очень сложные мо-
дели, требующие детальной информации и достаточно простые,
с распределенными параметрами и со сосредоточенными, модели,
основанные на уравнениях водного баланса и др. Выбор подхо-
дящей модели — очень важный этап и во многом определяет
эффективность решения поставленной задачи.
2. Калибровка модели или определение параметров и коэффи-
циентов модели, используя данные наблюдений за период есте-
ственного гидрологического режима. За этот период, имея все
необходимые входные данные, начальные условия, характеристики
водосбора и выходные результаты (сток в замыкающем створе)
обычно нетрудно определить параметры и коэффициенты модели,
при которых имеет место наилучшее соответствие рассчитанного
на модели и наблюденного гидрографа в замыкающем створе.
При наличии большого количества параметров и коэффициентов
для этого разработаны специальные методы оптимизации на
ЗВМ, которые позволяют рассчитать оптимальные значения пара-
метров модели, при которых имеет место наилучшее совпадение
наблюденного и рассчитанного гидрографов.
Очень важное обстоятельство, которое во многом определяет
эффективность использования модели для исследования антропо-
генных изменений стока некоторое должно быть установлено па
данном этапе исследований — это устойчивость параметров и ко-
эффициентов модели во времени. Другими словами, необходимо,
чтобы параметры, полученные для одного года, для одного
сезона, паводка, хорошо подходили и для других лет (сезонов,
паводков) или во всяком случае в результате работ па этом этапе
была выяснена закономерность изменения параметров от года
к году, от паводка к паводку.
223
Например, довольно часто случается, что параметры, получен-
ные для маловодных лет, неприемлемы для многоводных, и на-
оборот. В этом случае должна быть установлена закономерность
изменения параметров в зависимости от водности года. Оконча-
тельно полученные параметры и коэффициенты модели обяза-
тельно должны быть проверены на независимом материале для
различных условий формирования стока в бассейне. Если это не
сделано и нет уверенности в устойчивости и надежности парамет-
ров, пет смысла проводить все последующие этапы работ.
3. Расчеты на модели гидрологических характеристик водо-
сбора за период, когда хозяйственная деятельность была значи-
тельной, с использованием метеорологических данных за рассчи-
тываемые годы и параметры, полученных для естественных
условий, т. е. на модели воспроизводятся гидрологические харак-
теристики, которые были бы при отсутствии хозяйственной дея-
тельности.
4. Сопоставление рассчитанного на модели стока в течение
периода с активной хозяйственной деятельностью с наблюден-
ными данными в течение того же периода.
5. Формулировка выводов, касающихся количественных антро-
погенных изменений стока, обусловленных деятельностью чело-
века.
6. Анализ полученных результатов с целью формулирования
выводов о возможных изменениях исходных данных и параметров
модели для прогноза возможных изменений гидрологического
режима в перспективе.
7. Расчеты па модели возможных антропогенных изменений
гидрологических характеристик речного водосбора в перспективе
с учетом развития народного хозяйства в бассейне и при разных
метеорологических и климатических ситуациях.
Все эти этапы работ позволяют получить более или менее
достоверные выводы о происшедших и ожидаемых в перспективе
антропогенных изменениях стока. Полученные выводы обязательно
должны контролироваться, хотя бы косвенно, расчетами по дру-
гим методам; во всяком случае должен быть контроль основных
выводов, относящихся к интервалам времени, за которые другие
методы могут дать достаточно надежные результаты (за месяц,
сезон, год, многолетний период). Обязательно должен иметь
место и физический анализ полученных результатов, т. е. оценка
выводов с точки зрения физической возможности полученных из-
менений в режиме.
Применение математических моделей значительно усложня-
ется, и точность полученных результатов существенно умень-
шается, если в пределах рассматриваемого водосбора нет данных
наблюдений за режимом стока и определяющими факторами
в период до значительного развития хозяйственной деятельности.
В этом случае надежное решение задачи возможно, во-первых,
если параметры и коэффициенты выбранных моделей имеют
ясный физический смысл и зависят от физико-географических ха-
224
рактеристик водосборов. Тогда значения этих параметров и коэф-
фициентов, необходимых для расчета стока в естественных усло-
виях, могут быть найдены по графикам, таблицам или путем
натурного изучения в пределах водосбора или используя данные
наблюдений с бассейнов, которые по физико-географическим ха-
рактеристикам могут рассматриваться как аналоги изучаемых
водосборов.
Таким образом, параметры бассейнов-аналогов используются
для изучаемого водосбора. При этом, естественно, чем, лучше
аналогия между водосборами, тем более падежные выводы могут
быть получены. Во-вторых, при использовании моделей для водо-
сборов, где интенсивно развивается хозяйственная деятельность
и имеется достаточно длительный ряд наблюдений, иногда уда-
ется установить надежную зависимость между параметрами мо-
дели и характеристиками, определяющими тенденцию развития
основных антропогенных факторов (например, площадь урбанизи-
рованной территории или орошаемых земель). В этом случае за-
дача количественной оценки влияния антропогенных факторов на
гидрографы паводков не представляет труда путем численных
экспериментов на модели.
В последних случаях еще большая роль должна придаваться
физическому анализу полученных окончательных выводов и их
контролю с использованием других независимых методов.
Ниже излагаются некоторые примеры применения простейших
математических моделей для оценки и прогноза антропогенных
изменений речного стока.
7.2. Использование моделей, основанных
на интеграле Дюамеля (интеграла свертки)
Простейшие модели формирования стока с водосбора, основан-
ные на интеграле Дюамеля, широко используются для расчетов
и прогнозов гидрографов дождевых паводков и весеннего поло-
водья [291, 294, 329].
Если имеется водосбор, на площадь которого выпадают равно-
мерно распределенные по территории осадки Pt, то гидрограф
стока в замыкающем створе может быть получен в виде следую-
щей формулы (интеграл Дюамеля или интеграл свертки):
t
Qt = \ Ptf(t-X)dx, (7 1)
О
где Qt — расходы в замыкающем створе в каждый момент вре-
мени t (гидрограф хода стока); Л - эффективные осадки, т. е.
осадки с учетом потерь в момент времени t, т— время бассейно-
вого добегания, функция влияния, весовая функция или мгно-
венный единичный гидрограф — комплексная характеристика во-
досбора, интегрально отражающая все его аккумулирующие и
трансформирующие свойства.
15 Заказ Ns 159
225
Из формулы (7.1) очевидно, что [ц_Т)— это гидрограф стока
в замыкающем створе при единичной водоотдаче, т. е. когда Pt~l.
Другими словами, это реакция водосбора на единичные осадки, вы-
падающие равномерно на всю его площадь, представляющая собой
основную комплексную характеристику любого водосбора.
Практически величина ft для водосбора может быть наиболее
надежно найдена по данным предшествующих паводков, т. е. за
весь период наблюдений нужно выбрать дождь, продолжающийся
одну выбранную единицу времени (1 ч, 3—4 ч, полсуток, сутки —
все зависит от водосбора). Гидрограф стока в замыкающем створе
от этого дождя и есть не что ное, как функция влияния данного
водосбора (или единичный гидрограф в относительных координа-
тах). При наличии хода осадков во времени Pt и хода стока в за-
мыкающем створе Qt в условиях реализации уравнения (7.1) на
ЭВМ функцию влияния ft можно получить для каждого паводка
подбором или рассчитать для многих паводков на водосборе по
методу наименьших квадратов [314, 329].
Функция влияния или кривая добегания для любого водосбора
может быть описана аналитически; в частности, согласно предло-
жениям Нэша (Великобритания) [343] и Калинина и Милюкова
[123], ее удобно представить в виде двухпараметровой функции
где Т и п — параметры функции.
Зависимость ft от Т и /г представлена па рнс. 7.2. Предлагаемая
двухпараметрнческая функция обладает большой гибкостью и при-
менима к различным по физико-гидрографическим характеристи-
кам речным водосборам.
Исследования применяемости функции (7.2) к паводкам па
самых различных бассейнах [255, 294] показали, что с ее помощью
можно подобрать функцию влияния практически для любого
реального водосбора. При этом оказалось, что основной параметр
функции влияния Т для каждого паводка прямо отражает время
добегания в бассейне, выраженное в виде так называемой харак-
теристики времени сдвига /Сд, которая представляет собой раз-
ницу во времени между центром тяжести графика водоотдачи
(дождя) и пиком гидрографа стока в замыкающем створе.
Второй параметр функции (7.2) — п— изменяется незначи-
тельно и имеет обратную зависимость от формы гидрографа уф»
характерного для данного водосбора и выраженного в виде
Уф ^сп/Лт,
(7.3)
где ten и tn продолжительность соответственно спада и подъема
гидрографа.
При расчетах по формуле (7.1) потери стока определяются
обычно приближенно по коэффициентам стока а. Для дождевых
226
паводков величины ад зависят обычно от индекса предшествую-
щего увлажнения UyBn и от объема выпавших осадков ад=
=,ф(£/увл> Р). Для весеннего половодья величина авес чаще всего
определяется предвесенним увлажнением почвы Uyi)3l и глубиной
ее промерзания Дпр> т. е. авес~'ф(^увл> Z-np)-
При расчетах величин Т и п по методу наименьших квадратов
или при подборе их на ЭВМ. принимаются фактические значения
Рис. 7.2. Изменение функции влияния Д. в зависимости от
параметров Т и п.
потерь, определенные по реальным слоям осадков и стока за па-
водок.
С помощью описанной выше простейшей модели вполне воз-
можно количественно оценить влияние хозяйственной деятельности
па гидрограф стока в замыкающем створе. Действительно, если
в пределах рассматриваемого речного водосбора имели место
значительные по масштабам мероприятия, связанные с использо-
ванием вод или преобразованием подстилающей поверхности во-
досбора (строительство водохранилищ, оросительных систем, осу-
шение земель, урбанизация территорий; вырубки пли посадки
леса и т. п.), то в формировании паводков с бассейнов произойдут
изменения, которые при их расчетах па модели отразятся:
— в изменении функции влияния водосбора ft;
— в изменении потерь от определяющих факторов ад или
Естественно, что изменение ft и а приведет к изменению гидро-
графа стока в замыкающем створе при тех же осадках.
15* 227-
Для количественной оценки влияния хозяйственной деятель-
ности на.гидрограф паводочного стока с использованием матема-
тической модели водосбора, основанной на интеграле Дюамеля
может быть предложен следующий порядок действий:
1. За период естественного режима выбираются наиболее вы-
раженные гидрографы паводков и обусловившие их средние по
водосбору осадки. По этим данным определяются: зависимости
потерь стока а от определяющих факторов; функция влияния,
определяемая параметрами Т и п, т. е. для каждого паводка
подбираются или рассчитываются значения параметров, при
которых имеет место наилучшее соответствие наблюденного и
рассчитанного гидрографов в замыкающем створе. При достаточно
большом количестве исходных данных делается попытка устано-
вить за период естественного режима различные значения пара-
метров Т и п для разных паводков. Если это не удается, прини-
маются осредненные значения параметров для всех паводков.
2. По величинам Г и /г и зависимостям для потерь а прове-
ряются полученные параметры на независимом материале путем
расчета выбранных естественных паводков, данные по которым не
участвовали при подборе параметров функции влияния и зависи-
мостей для потерь стока.
3. Выбираются характерные паводки и определяющие их
осадки в условиях нарушенного стока, т. е. после осуществления
хозяйственных мероприятий на водосборе.
4. По ходу осадков для каждого паводка и по зависимостям
для потерь, полученным для естественного режима и по установ-
ленным ранее параметрам Т и п, рассчитывается на модели ги-
дрографы, которые имели бы место при естественном режиме.
5. Сравнивая рассчитанные по модели гидрографы и наблю-
денные, определяются изменения, которые внесла хозяйственная
деятельность в гидрограф стока; при этом отдельно оцениваются
изменения объема стока, максимальных расходов и формы гидро-
графов.
6. Если хозяйственные мероприятия в бассейне были прове-
дены в течение небольшого промежутка времени, а затем не по-
лучали интенсивного развития, то может оказаться возможным за
второй период (нарушенный) снова определить параметры функ-
ции влияния и зависимости для потерь стока. Путем сравнения
полученных параметров и коэффициентов за естественный и за
нарушенный периоды, нетрудно сделать общие выводы о прошед.
ших антропогенных изменениях всех основных характеристик па
водочного стока.
Модели речного водосбора, основанные на интеграле Дюамеля,
нашли довольно широкое распространение за рубежом для оценю
влияния на гидрограф стока малых водосборов урбанизации,
горнорудных работ, осушения заболоченных земель. Например,
по данным X. Виттенберга [356], для водосбора р. Эмпшер-"
Оберхаузен (F = 770 км2) в результате интенсивного развития
урбанизации за период 1952—1972 гг. произошли весьма суш6'
228
ственные изменения гидрографов дождевого стока. На рис. 7.3
показаны изменения функции влияния водосбора (ход гидрографа
от одних и тех же осадков с учетом потерь стока) под влиянием
урбанизации. По мере роста урбанизированных территорий (с 30
до 50 % от всей площади) имеет место существенное увеличение
максимальных расходов и объема гидрографа стока (уменьшение
потерь), более резкий подъем гидрографа при примерно одинако-
вом времени наступления пика
Рис. 7.3. Влияние урбанизации на
функцию влияния водосбора (р. Эм-
шер— Оберхаузен, Т=770 км2).
7 — 1952—1957 гг., а=0,137; 2 — 1958—1962 гг.,
<х=0,176; 3 — 1963—1967 гг., а=0,190; 4 —
1968—1972 гг., а=0,196.
паводка. Приведенные данные
О.м3/с
получены Виттенбергом [356] для 76 паводков, которые были
осреднены для четырех временных интервалов (рис. 7.3).
Для исследования влияния урбанизации на гидрографы
дождевого стока и для расчетов и прогнозов паводков с урбани-
зированных территорий Виттенберг использовал модель, основан-
ную на интеграле Дюамеля, при этом функция влияния определя-
лась по уравнению (7.2) отдельно для водонепроницаемых и во-
допроницаемых площадей. Он пришел к выводу, что влияние
урбанизации на поведение водосбора хорошо увязывается только
с одной характеристикой — площадью застроенной территории.
Очень интересное исследование влияния урбанизации на па-
водочный сток выполнял С. Белевски [314],' который для расче-
тов гидрографов дождевых паводков с урбанизированных водосбо-
ров также использовал интеграл Дюамеля с функцией влияния
в виде (7.2). Определив методом моментов параметры функции
влияния (7.2) Тип для 124 дождевых паводков на 24 урбанизи-
рованных водосборах Польши с площадями от 1,8 до 697 га и
использовав аналогичные данные, полученные для 21 бассейна
США и Франции с площадями от 0,4 до 5000 га, С. Белевски
удалось установить достаточно надежные корреляционные зависи-
мости между параметрами функции влияния и физическими ха-
рактеристиками урбанизированных бассейнов в виде:
Т = 3,89F0'14C/-0’3G/-°’42/0>30
п = О,82Т-0’07/0’12
(7.4)
)7.5)
229
где F—площадь водосбора, га; Uyp — площадь урбанизирован-
ной территории в % площади водосбора; / — средний уклон скло-
нов, %; I — длина основного коллектора, м.
Выполненное Белевски [314] сравнение для реальных водо-
сборов рассчитанных по формулам (7.1), (7.2), (7.4), (7.5) и наб-
люденных гидрографов паводков дало хорошие результаты.
Простейшие модели стока, основанные на интеграле Дюамеля,
широко используются для оценки влияния хозяйственной деятель-
ности па гидрографы паводков, тем не менее они имеют суще-
ственные недостатки и ограничения. Прежде всего эти модели
применимы только для малых водосборов и для паводков, вы-
званных осадками, равномерно распределенными по площади во-
досбора; если дождь выпадает неравномерно по территории, могут
быть самые .различные погрешности как при определении потерь,
так и формы функции влияния. Кроме того, указанные модели
основаны на линейной зависимости осадков и стока, хотя в при-
роде эти процессы, как правило, нелинейны. Указанный недоста-
ток иногда устраняют некоторым усложнением модели путем
включения в нее, например, зависимости основного параметра
функции влияния Т от водоотдачи или расхода воды в замыкаю-
щем створе Qt [291, 294].
7.3. Математическая модель формирования
и использования стока больших речных систем
(на примере бассейна р. Волги)*
Приведенные выше статистические (см. главу 2) и воднобалан-
совые (см. главы 3—5) методы оценки антропогенных изменений
стока вполне применимы и использованы в ГГИ [298] для прак-
тических расчетов влияния хозяйственной деятельности на сток
больших рек СССР. Однако все эти методы позволяют получить
лишь очень осредненные во времени и по территории значения и
не могут дать в полной мере ответы на многие важнейшие во-
просы, крайне необходимые для эффективного планирования
мероприятий по рациональному использованию и охране водных
ресурсов на отдаленную перспективу. Каким будет режим стока
в устьях больших рек в перспективе при различных вариантах
(по видам, масштабам и территориальному распределению) раз-
вития хозяйственной деятельности в бассейнах, при различных
сочетаниях метеорологических условий в разных частях ^бассейна,
при различных режимах функционирования водохозяйственных
комплексов по регулированию и региональному перераспределе-
нию стока? Для ответа на эти вопросы требуется оценка не только
годового и сезонного стока, но и гидрографа за более короткие
интервалы времени. При этом все расчеты необходимо вести мно-
гократно при самых различных сочетаниях естественных и антро-
* Параграф написан совместно с А. И. Моисеепковьш.
230
погенных факторов с использованием огромного количества исход-
ной гидрометеорологической информации.
Естественно, что решение всех перечисленных задач невоз-
можно без разработки математической модели формирования и
использования водных ресурсов в пределах крупных речных си-
стем. В ГГИ разработка такой модели * ведется начиная с 1981 г.
применительно к бассейну р. Волги. Выбор бассейна обусловлен
не только исключительной важностью его для народного хозяй-
ства страны и интенсивным развитием хозяйственной деятельно-
сти, в значительной степени преобразующей режим естественного
стока реки, но и тем обстоятельством, что режим стока в устье
р. Волги во многом определяет экологическую ситуацию в Се-
верном Каспии и в море в целом. В связи с этим планирование
хозяйственной деятельности в бассейне р. Волги в обязательном
порядке должно учитывать интересы Каспийского моря, приток
в которое на 80 % состоит из стока р. Волги.
При разработке модели формирования и использования стока
р. Волги были выдвинуты следующие основные условия, которым
должна удовлетворять модель:
— возможность воспроизводить за каждый год гидрограф
естественного стока (за 10 сут и более) в основных створах бас-
сейна для самых различных условий формирования стока;
— возможность оценивать за каждый год воздействие на гид-
рограф стока каждого антропогенного фактора в отдельности и
одновременно всего комплекса действующих факторов хозяйствен-
ной деятельности;
— возможность прогнозировать влияние планируемого разви-
тия основных факторов хозяйственной деятельности на гидрограф
стока при самых разных условиях его формирования в бассейне;
— модель должна давать надежные результаты, контролируе-
мые материалами многолетних наблюдений па гидрометрической
сети в различных частях бассейна;
— модель должна быть достаточно простой, позволяющей
оперативно решать на ЭВМ. вариантные расчеты с точностью,
сравнимой с точностью используемых исходных данных.
Удовлетворение всех перечисленных условий в одной модели
представляет довольно сложную задачу, решение которой приме-
нительно к бассейну р. Волги было выполнено в два этапа. На
первом этапе восстанавливаются годовые гидрографы стока за
реальные годы с интенсивным развитием хозяйственной деятель-
ности в бассейне, т. е. моделируется естественный режим стока
во многих створах с самыми различными условиями его форми-
рования. На втором этапе восстановленные годовые гидрографы
стока и метеорологические данные служат исходной информацией
для более общей модели, состоящей из отдельных блоков, рассчи-
тывающих влияние на сток основных видов хозяйственной дея-
* Модель разрабатывается А. И. Моисеенковым под руководством автора.
231
тельности с учетом их динамики во времени и по территории
бассейна.
Таким образом, иа первом этапе оценивается влияние на сток
интегрально всего комплекса факторов хозяйственной деятелыю-
Рис. 7.-1. Схема бассейна р. Волгл.
/ — гидрометрические створы, 2—входные водосборы и расчетные участки.
вь1являетсяерольТга-?/ппУеТСЯ дап,шми наблюдений, а па втором
в различных уепови^Л ° аптропогс""ого фактора в отдельности
Решение задД естс^"енного формирова пня стока.
Р- Волги, производится Т°Г° зтапа’ т- е- восстановление стока
иия воды, выполияемпгл,уТСМ расчета "суетаповившегося движе-
с самых верхних участи ПОСЛрДовател,,ио по участкам, начиная
п^мы доз\ХаюХп Р’ В°ЛГ” п" ос«оввых притоков -Оки
выделено 18 участков голпии3 У r:.lioj,roi'P<Via. Всего в бассейне
створами многолетних гилппмотп К010рь,х совпадают с опорными
Х г"ДРометрическнх наблюдений. На рис. 7.4
232
приведена схема бассейна р. Волги с указанием основных вход-
ных гидростворов, а также гидростворов на границах выделенных
участков. Цифрами обозначены входные водосборы и расчетные
участки.
В качестве метода расчета пеуста повившегося движения воды
на каждом участке была использована генетическая формула
стока в виде (7.1), где в качестве входных данных принимался
гидрограф стока в верхнем створе участка. При этом кривая до-
бегания, отражающая основные морфометрические и физико-гео-
графические характеристики каждого участка, была принята
в виде двухпараметровой функции (7.2), но с переменным пара-
метром Т. Последнее было обусловлено выполненными многочис-
ленными расчетами для разных участков бассейна в различные
по водности годы, которые показали, что применение кривой до-
бегания (7.2) с жестко заданными параметрами Т и п не дает
надежных результатов, так как форма кривой добегания суще-
ственно меняется от паводка к паводку и даже внутри паводка
в зависимости от фаз гидрографа. Для устранения указанного
недостатка была использована переменная кривая добегания,
в которой основной параметр кривой Т зависит от расходов воды
в верхнем створе. Практически, по предложению Моисеенкова,
построение зависимостей времени добегания на участке от рас-
ходов воды в верхнем створе Т производилось по данным изме-
ренных на гидростворах скоростей течения и расходов воды. По-
лученные зависимости имеют вид
где Тдоб — время добегания на участке; Ci и С2— эмпирические
коэффициенты.
Анализ полученных зависимостей показал, что в естественных
условиях параметры Ci и С2 имеют хорошую устойчивость в те-
чении многих лет, в том числе для условий, экстремальных по
водности.
Зависимости (7.6) использовались при расчетах неустановив-
шегося движения воды на каждом участке по формулам (7.1) и
(7.2). Это позволило сделать схему расчета более гибкой и уни-
версальной и в то же время значительно упрощало подбор пара-
метров. Последнее заключается в том, что определение формы
кривой на участке сводится к нахождению только одного пара-
метра п, отражающего морфометрические особенности участка,
в то время как второй параметр Т задается в виде функции (7.6).
Таким образом расчет, по формулам (7.1), (7.2) с учетом (7.6)
сводится к нелинейной схеме: каждый элементарный расход
верхнего створа трансформируется в нижний створ по своей кри-
вой добегания, зависящей от этого расхода.
Эффективность описанной схемы расчета неустаповившегося
движения воды проверялась путем сравнения результатов расче-
тов, полученных для нескольких участков в бассейне р. Волги по
233
этой схеме и по основным используемым на практике инженер-
ным методам (метод Маскингам, метод аффинной трансформации,
генетическая формула с постоянными параметрами кривой добе-
гания), с данными фактических наблюдений для различных по
водности лет. Проверка показала, что для всех участков и по
всем выбранным критериям сравнения предлагаемый метод с пе-
ременной кривой добегаиия дает заметно лучшие результаты, чем
другие инженерные методы расчета.
Указанная методика и была положена в основу восстановле-
ния естественного водного режима р. Волги и ее основных при-
токов. Прежде всего для каждого из 18 участков, на которые раз-
делен бассейн р. Волги, за годы с естественным водным режимом
(довоенный период) определялись необходимые параметры и за-
висимости (7.2), (7.6) для лет различной водности. При подборе
кривых добегаиия боковой приток на каждом участке вычислялся
по формулам руслового водного баланса. Расчеты естественного
водного режима проводились путем последовательного расчета
трансформации гидрографа от верхнего створа в нижний, являю-
щийся входным для пижерасположенного участка. Если на уча-
стке имеется несколько верхних створов, гидрографы каждого из
них, вместе с боковым притоком па участке, трансформируются
в нижний створ, где они затем суммируются.
Вся схема восстановления стока в бассейне р. Волги объеди-
нена в общую модель, реализованную на ЭВМ. Исходными дан-
ными для последовательного восстановления стока являются
естественные гидрографы стока на входных створах бассейна,
гидрографы бокового притока по участкам, кривая зависимости
(7.6) и параметр п для каждого участка. Последние данные, ха-
рактеризующие вид и характер изменений кривой добегаиия и
определенные для различных лет в условиях естественного ре-
жима, затем осредпялись и принимались стандартными в общей
схеме восстановления стока в бассейне. Для проверки устойчиво-
сти найденных осреднеппых параметров по ним был произведен
расчет стока по всем створам в бассейне за экстремальные по
водности годы — очень многоводный 1926 г. и очень маловодный
1939 г., когда режим стока практически нс был нарушен хозяй-
ственной деятельностью.
Выполненное по всем створам и за все декады сопоставление
рассчитанных на модели и наблюденных средних декадных рас-
ходов воды показало, что относительная погрешность расчета
примерно одинакова для многоводного и маловодного года и не
ПР^спр1аеТ 20 %’ составляя в среднем 16 % в 1926 г. и 13 %
в 1939 г., при этом относительная погрешность расчета макси-
мальных декадных расходов в большинстве створов составляет
2—7 и/о, не превышая 10 % [78, 79].
тЛ качестве примера на рис. 7.5 и 7.6 приведены совмещенные
етпУп’п” "аСлюДепных и рассчитанных на модели гидрографов
и 194QP‘rr ЛГИ ДЛЯ замь,кающего створа у г. Волгограда за 1926
которые позволяют визуально оценить достаточно
234
высокую точность восстановления декадного стока по полученным
осредненным параметрам переменных кривых добегания.
Восстановление стока по всем створам в бассейне р. Волги
было выполнено за каждый год с 1959 по 1984 г. Боковой приток
Рис. 7.5. Совмещенные рассчитанные (/) на модели и
наблюденные (2) гидрографы стока за 1926 г. (много-
водный).
д — Волга — г. Чебоксары, б — Кама — г. Сокольи Горы, в
Волга — г. Волгоград.
определен по стоку рек, впадающих в главное русло, увеличен-
ному на коэффициент площади водосбора, неосвещенной гидроло-
гическими наблюдениями. Режим стока рек, расположенных
в лесной зоне, принимался за условно-естественный и в пего не
вводились поправки на влияние хозяйственной деятельности. Для
приведения режима стока других притоков к условно-естествен-
ному периоду в наблюденные значения стока вводились поправки
на внутрибассейновые и межбассейновые переброски стока, на
безвозвратное водопотребление для промышленно-коммунальных
235
нужд и орошения в Поволжье. Введение поправок осуществля-
лось по приближенным методам, изложенным в главах 4 и 6.
Восстановленные и наблюденные гидрографы стока р. Волги
Рис. 7.6. Совмещенные рассчитанные (/) иа модели
и наблюденные (2) гидрографы стока ча 1939 г.
(маловодный).
а — Волга — г. Чебоксары, 6 — Кама — г. Сокольи Гори, в —
Волга — г. Волюград.
в створах Ярославль, Чебоксары и Куйбышев за много >
1975 г. и средний по водности 1972 г. приведены на рис. /. •
Сравнение восстановленных на модели и наблюденных г , р
графов стока в различных створах за 26-летний период иои)0"
достаточно надежно выявить основные тенденции и динал
влияния хозяйственной деятельности иа сток во времени и в |
странстве по территории бассейна. Весьма важный вывод зак.'
чается в том, что воздействие антропогенных факторов на рсж>
236
Рис. 7.7. Наблюденные (/) и восстановленные (2) с учетом хозяйственной дея-
тельности гидрографы стока р. Волги за многоводный 1970 г. и средний по вод-
ности 1972 г.
а — Ярославль, б — Чебоксары, в — Куйбышев.
стока определяется не только масштабом развития этих факторов,
но и, пожалуй, не в меньшей степени метеорологическими усло-
виями и характером естественного формирования стока в каждом
конкретном году. Этот вывод имеет особенно большое практиче-
ское значение при оценках влияния на сток планируемых на пер-
спективу водохозяйственных мероприятий в бассейне.
Анализ результатов оценки влияния хозяйственной деятельно-
сти на сток р. Волги, полученных путем восстановления на модели
естественного режима реки за 1959—1984 гг., показал, что они
очень хорошо согласуются с выводами соответствующих оценок,
выполненных ранее в ГГИ по основным створам р. Волги с ис-
пользованием водиобалансовых методов [295] (годовые и сезон-
ные значения за каждый год) и регрессионных зависимостей
[298] (годовые и сезонные значения за отдельные многолетние
периоды).
Вторая, основная часть модели крупного речпого водосбора
предназначена для прогноза возможных изменений водного ре-
жима реки под влиянием хозяйственной деятельности при различ-
ных метеорологических условиях. Модель имеет блочную
структуру и состоит из пакета сбалансированных между собой
модулей, связанных управляющей программой с архивами гидро-
метеорологической информации.
В состав модели входят следующие основные блоки:
— Блок расчета пеуста повившегося движения воды по участ-
кам реки и определения притока к водохранилищам. Расчет про-
изводится в соответствие с положениями, изложенными выше при
описании подмодели восстановления стока.
— Блок по расчету регулирования стока и определению допол-
нительных потерь на испарение с водной поверхности водохрани-
лищ. В состав этого блока включены три расчетные схемы, позво-
ляющие производить расчеты: детального водного баланса
каждого водохранилища по декадным интервалам времени в с°'
ответствии с методическими рекомендациями ГГИ; дополнитель-
ных потерь на испарение с затопленных территорий по методике
ГГИ, изложенной в главе 3, регулирования стока Волго-Камским
каскадом водохранилищ в соответствии с методикой, разработан-
ной в Союзгипроводхозс II. П. Беляевым и В. II. Есиным.
— Блок по расчету водозаборов и потерь стока под влиянием
орошаемого земледелия. Для расчета используется тспловодпо-
балансовый метод определения оросительных норм и режима
орошения, разработанный в ГГИ [269, 285]. Па основе гидролог ’
мелиоративного районирования в .зоне орошения Поволжья вЫЛ
лево 11 расчетных участков, каждый m которых характеризуст<-
своими метеорологическими условиями. Расчет водозаборов И Л
терь стока под влиянием орошения производится по дскаднь1,
интервалам времени для четырех видов сельскохозяйственны-
культур; озимые и яровые .зерновые, пропашные и рис.
Блок по расчету изменений стока под влиянием проМЫ11*
ленно-коммунального и сельскохозяйственного водонотреблеНИя'
238
Расчет ведется для каждого частного водосбора и участка реки
в соответствии с рекомендациями, изложенными в 4.4 и в главе 6.
— Блок по расчету потерь стока в Волго-Ахтубинской пойме
и дельте р. Волги. Расчеты потерь в пойме производятся в соот-
ветствии с рекомендациями, полученными в ГГИ путем анализа
за различные периоды и годы наблюденных гидрографов стока
в створах Волгоград и В. Лебяжье. Потери стока в дельте
р. Волги рассчитываются по методике, изложенной в работе
(293].
Информационное обеспечение модели включает три группы
различных по содержанию архивов исходных данных. К первой
группе относятся характеристики, определяемые естественными
природными процессами каждого конкретного года: данные о стоке
рек, метеорологических элементах, о пространственно-временных
связях между гидрометеорологическими факторами.
Вторая группа исходных данных включает в себя параметры
и коэффициенты отдельных блоков модели, которые при некоторых
допущениях можно принять неизменными во времени:
— параметры для расчета неустаповившегося движения воды
на участках;
— морфометрические характеристики участков русел и част-
ных бассейнов;
— параметры гидротехнических сооружений;
— характеристики почвогрунтов;
— зависимости величины заливаемости поймы и дельты от
среднего на участке расхода воды.
К третьей группе исходных данных относятся характеристики,
определяемые планами развития различных отраслей народного
хозяйства, которые позволяют вести эксплуатацию модели в диа-
логовом режиме:
— площади орошения в частных бассейнах, состав орошаемых
культур и характеристики оросительных систем и гидролого-ме-
лиоративных районов;
— распределение по бассейну основных источников водопо-
требления в промышленности, теплоэнергетике и коммунальном
хозяйстве, а также значения потребления при возможных модер-
низациях технологических процессов;
— ограничения на изменение уровней и расходов по всей длине
водотока, определяемых требованиями отдельных водопользова-
телей, а также связанных с экологией водной системы и прилега-
ющих территорий;
— правила регулирования стока — порядок наполнения и
сработки водохранилищ в зависимости от времени года, запаса
воды и прогноза предстоящего стока;
— параметры возможных компенсаций стока за счет его регу-
лирования и перераспределения внутри расчетных бассейнов,
а также за счет соседних бассейнов.
Следует отметить, что данные, относящиеся к третьей группе,
могут задаваться вариаптно на различные перспективные уровни
239
хозяйственного освоения бассейна. Указанные данные, есте-
ственно, обладают той или иной степенью неопределенности, ко-
торая будет возрастать по мере увеличения заблаговременности
прогноза.
Пространственная структура модели бассейна р. Волги, или
макет управляющей программы представлен на рис. 7.8 в виде
линейно-узловой схемы. Весь бассейн р. Волги разбит на частные
бассейны, по которым производится расчет влияния на сток
основных факторов хозяйственной деятельности. Русловая сеть
в свою очередь разделена на участки, по которым производится
расчет неустановившегося движения воды в случае отсутствия
иа участке водохранилищ или расчет регулирования стока и до-
полнительных потерь воды за счет увеличения площади водной
поверхности в случае, если участок реки зарегулирован водохра-
нилищами. По каждому из выделенных частных бассейнов про-
изводится расчет безвозвратных потерь речного стока под влия-
нием основных видов хозяйственной деятельности согласно ли-
нейно-узловой схемы (рис. 7.8).
Разработанная модель позволяет оперативно рассчитывать
влияние на сток реки планируемых вариантов освоения речного
бассейна на различные уровни для самого разнообразного соче-
тания естественных факторов формирования стока. В качестве
модели естественного формирования стока может быть принят
любой реальный год с 1959 по 1984 г., в числе которых самые
разнообразные годы по водности, по внутригодовому распределе-
нию стока, по сочетанию метеорологических факторов в различ-
ных частях бассейна.
Таким образом, по любому планируемому варианту развития
хозяйственной деятельности в бассейне на 1990, 1995, 2000 и дру-
гие расчетные уровни на модели можно оперативно оценить влия-
ние па сток в различных створах каждого в отдельности и всего
комплекса антропогенных факторов при условии распределения
естественных стокообразующих факторов, которые имели место
за 26 реальных лет. Это дает возможность путем экспертных
оценок выбрать наиболее приемлемые варианты развития хозяй-
ственной деятельности в бассейне в интересах отдельных водо-
пользователей с точки зрения требований охраны окружающей
среды и необходимого гидрографа притока в Каспийское море,
оценить влияние тех или иных видов хозяйственной деятельности
на сток при самой разнообразной метеорологической ситуации и
наметить необходимые меры по устранению пли компепса
ции возможных неблагоприятных последствий.
Диалоговый режим работы с моделью позволяет получат
выходные данные различных уровней сообщения. Начальны!
уровень предусматривает возможность вывода каждой отдельно^
величины, рассчитанной на модели по декадным интервалам нРе.
мени, таких как восстановленные и рассчитанные расходы, пло
щади и объемы водной поверхности водохранилищ, водозабор!*
и безвозвратные потери на различные хозяйственные нужды и Т. И-
240
Рис. 7.8. Линейно-узловая схема модели бассейна р. Волги.
/— расчетные гидрологические створы. 2 — объединенный блок по расчету отдель-
ных видов хозяйственной деятельности. 3— блок расчета неустановившегося дви-
жения воды в русле, 4—• объединенный блок расчета регулирования стока водо-
хранилищами и расчета дополнительных потерь, 5 — расчет изменений стока
в дельте р. Волги.
(5 Заказ № 159
На следующем уровне те же величины представляются в таблич-
ном виде по месячным интервалам времени и определяются сезон-
ные и годовые значения стока по отдельным годам. На третьем
уровне проводится стандартная статистическая обработка по ря-
дам полученных гидрологических характеристик: максимальным
и минимальным расходам воды, объемам стока по сезонам и за
год, а также изменениям стока.
Отдельный пакет программ предусматривает возможность
графического вывода полученной информации: совмещенных гра-
фиков восстановленных и измененных гидрографов, эмпирических
кривых обеспеченности сезонных и годовых значений стока и без-
возвратных потерь стока по различным видам хозяйственной
деятельности.
Весь комплекс программ, реализуемых на модели, объединен
управляющей программой, изменяя структуру которой можно
проводить аналогичные расчеты для других речных бассейнов.
Некоторые результаты оценки на перспективу влияния хозяй-
ственной деятельности на сток р. Волги, полученные с использова-
нием описанной выше модели, приведены в главе 8.
Глава
Изменение стока рек СССР под влиянием
хозяйственной деятельности
8.1. Общая методология; исходные данные и предпосылки
Антропогенные факторы начали оказывать заметное влияние
на водные ресурсы СССР с 50-х годов XX столетия, однако раз-
личные аспекты проблемы влияния хозяйственной деятельности
на речной сток в нашей стране и за рубежом с давних пор при-
влекали внимание многих исследователей. Более полувека тому
назад крупнейший ученый-гидролог В. Г. Глушков одной из важ-
нейших перспективных задач гидрологии считал изучение влияния
хозяйственной деятельности на водные ресурсы и водный баланс.
По мнению Глушкова, по мере экономического и социального
развития общества и преобразования окружающей среды гидро-
логическая наука будет все более превращаться в «гидрологию
от человеческой деятельности».
С конца 20-х по начало 70-х годов в СССР был выполнен ши-
рокий комплекс исследований по влиянию различных видов хо-
зяйственной деятельности иа речной сток; сделан значительный
вклад в изучение процессов влияния водохранилищ и прудов,
агротехнических мероприятий, леса и его вырубок, болот и их
осушения на годовой сток и гидрологический режим; проведены
крупные исследования по оценке и расчету элементов водного ба-
ланса озер и внутренних морей, водно-солевого баланса орошае-
мых земель; организованы постоянно действующие воднобал а псо-
вые станции и проведены экспедиционные работы в различных
регионах страны, которые накопили ценнейшие эксперименталь-
ные данные, необходимые для изучения влияния антропогенных
факторов на водный режим и разработки методов их оценки и
прогноза.
Вместе с тем несмотря на имеющиеся достижения изученность
проблемы влияния хозяйственной деятельности на речной сток
в целом была явно недостаточной для надежных количественных
оценок, а тем более прогнозов изменений гидрологического ре-
жима для реальных бассейнов, находящихся в различных физико-
географических условиях. Выводы по влиянию многих видов хо-
зяйственной деятельности на сток оставались противоречивыми,
дискуссионными и не могли быть использованы в практических
целях. Например, при оценке влияния водохранилищ на годовой
сток даже таких хорошо изученных бассейнов, как Волга и
Днепр, выводы значительно различались. К тому времени не было
выработано единых методических подходов к учету и прогнозу
16* 243
влияния деятельности человека на сток рек, находящихся в раз-
личных физико-географических условиях, и, что самое главное,
не могло быть выполнено оценок происшедших и ожидаемых
в перспективе антропогенных изменений стока основных рек
страны и притока во внутренние моря, которые позволили бы
подойти к оценке динамики водных ресурсов страны в целом.
А именно эти данные потребовались в 70-е годы, когда стали
разрабатываться долгосрочные перспективные планы развития
народного хозяйства, в том числе отраслей, требующих большого
количества воды (главным образом орошение). Со всей остротой
были поставлены проблемы перспективного водообеспечения на-
родного хозяйства, регионального перераспределения и управле-
ния водными ресурсами, начались работы над Генеральной схе-
мой комплексного использования и охраны водных ресурсов
страны на 1990 и 2000 гг.
Гидрологическая наука в те годы не была готова ответить
на все многочисленные вопросы, возникающие при этих разра-
ботках. Ученые вели жаркие дискуссии по влиянию различных
видов хозяйственной деятельности на речной сток, а водохозяй-
ственная практика требовала однозначных количественных оценок
не только того, как изменился сток наших главных рек, но> и
каким он будет в перспективе при осуществлении намечаемых
долгосрочных планов развития народного хозяйства страны.
Ввиду отсутствия падежных научно-обоснованных выводов по
изменению речного стока под влиянием хозяйственной деятельно-
сти планирование водохозяйственных мероприятий в стране стало
базироваться в основном только на данных водохозяйственных
балансов речных бассейнов и экономических районов. В этих ба-
лансах естественные ресурсы речного стока различной обеспечен-
ности сравнивались с водозаборами и безвозвратными потерями
воды на хозяйственные нужды, которые по-существу из-за весьма
ориентировочных данных по водопотреблению и практически пол-
ного отсутствия таковых по водоотведению представляли собой
чаще всего лишь требования, заявки потребителей на воду и да-
леко не всегда характеризовали фактическое изменение стока рек
под влиянием хозяйственной деятельности [296, 298].
Широкий комплекс исследований по влиянию хозяйственной
деятельности на речной сток, начиная с 70-х годов, был развер-
нут под руководством автора в ГГИ и во многих других органи-
зациях в связи с постановкой этой проблемы в плане важнейших
работ Государственного Комитета СССР по науке и технике.^ Ис-
следования велись применительно к основным речным бассейнам
СССР и касались в первую очередь годового стока как основной
характеристики, определяющей объем и дефицит водных ресурсов
в тех или иных районах.
Основные задачи исследований сводились к следующему:
— разработка общих методических подходов к оценке проис-
шедших и прогнозу ожидаемых в перспективе изменений годового
стока больших рек;
244
— разработка конкретных методов оценки влияния всего ком-
плекса и отдельных видов хозяйственной деятельности на сток
в различных физико-географических условиях;
— количественная оценка динамики происшедших изменений
стока главных рек, притока во внутренние моря и суммарного,
речного стока страны в целом под влиянием всего комплекса и
отдельных видов хозяйственной деятельности;
— прогноз антропогенных изменений стока рек на перспективу
в соответствии с имеющимися долгосрочными планами развития
народного хозяйства и для различных климатических условий.
К 1976 г. был сделан значительный шаг к решению указанных
задач. В ходе исследований были разработаны единые принципы
комплексной оценки влияния хозяйственной деятельности на сток
крупных рек СССР, в основу которых было положено, во-первых,
широкое использование материалов многолетних наблюдений на
опорной сети Госкомгидромета СССР по стоку рек, осадкам, тем-
пературе воздуха и другим естественным метеорологическим фак-
торам, определяющим колебания стоковых характеристик; во-вто-
рых, данные по динамике развития различных видов хозяйствен-
ной деятельности в бассейнах рек; в-третьих, материалы экспери-
ментальных воднобалансовых станций и экспедиций.
Для реализации указанных принципов были разработаны ме-
тодические приемы количественной оценки изменений стока под
влиянием комплекса факторов хозяйственной деятельности для
рек, расположенных в различных физико-географических усло-
виях, основные из которых изложены в главе 2. Одновременно
были разработаны и усовершенствованы воднобалансовые методы
оценки влияния на сток отдельных видов хозяйственной деятель-
ности; создания водохранилищ и прудов, орошения, осушения за-
болоченных земель, агролесомелиоративных мероприятий, вырубки
лесов и лесовосстановления, промышленно-коммунального водопо-
требления.
Выполненные методические разработки дали возможность
в 1975—1976 гг. произвести приближенную количественную оценку
антропогенных изменений на современном этапе и на перспективу
годового стока всех основных речных бассейнов СССР.
Значения происшедших изменений стока были рассчитаны за
период с 1936 по 1975 г. включительно, а на период с -1976 по
2000 г. были даны прогнозные оценки влияния на годовой сток
отдельных видов и всего комплекса факторов хозяйственной
деятельности. Основными объектами исследований и расчетов
были приняты водосборы рек Волги, Днепра, Дона, Днестра, Ку-
бани, Урала, Терека, Сулака, Куры, Амударьи, Сырдарьи, Или,
Печоры, Северной Двины, Невы, Западной Двины, Оби, Енисея,
Лены и Амура, имеющих наибольшее хозяйственное значение для
нашей страны. Результаты расчетов и прогнозов анализировались
и обобщались применительно к бассейнам внутренних морей и
природно-экономическим регионам. Для 12 водосборов зоны ин-
тенсивного хозяйственного использования (Волга, Днепр, Дон,
245
Днестр, Кубань, Урал, Терек, Сулак, Кура, Амударья, Сырдарья
и Или) оценка происшедших изменений стока была выполнена па-
раллельно двумя взаимонезависимыми методическими приемами:
1) путем использования воднобалансовых методов расчета без-
возвратных потерь воды в бассейне на тот или иной вид хозяй-
ственной деятельности и 2) путем применения статистических
методов, основанных на анализе наблюденных многолетних коле-
баний стока на гидрометрических створах и определяющих их
естественных стокообразующих факторов. Для остальных водо-
сборов расчеты выполнялись на основании использования только
методов дифференцированной оценки, так как антропогенные из-
менения их годового стока заведомо невелики и не выходят за
пределы точности вычисления гидрологических характеристик на
гидрометрических створах.
При прогнозных оценках антропогенных изменений стока на
перспективу до конца столетия в качестве основных исходных
данных был использован имеющийся в то время один из наиболее
реальных вариантов возможного развития страны, разработанный
проектными и научными организациями в составе «Научно-тех-
нического прогноза рационального использования и охраны вод-
ных ресурсов СССР па период до 2000 г.» (1973 г.). Указанный
вариант предполагал, в частности, рост населения к 2000 г. до
325—350 млн. человек (вариант минимум — максимум), увеличе-
ние валовой продукции промышленности по сравнению с 1970 г.
в 6,5—7,5 раз, сельского хозяйства — в 2,7—3,1 раза, рост произ-
водства электроэнергии более чем в 8 раз, увеличение удельных
норм водопотребления городского населения в среднем по речным
бассейнам со 165—250 л/сут на человека в 1970 г. до 500—
690 л/сут в 2000 г.
Площади орошения планировалось увеличить к концу столетия
до 38—44 млн. га, в том числе регулярного до 28—32 млн. га,
а площади осушенных сельскохозяйственных земель до 45—
55 млн. га; предполагалось, что до конца столетия суммарная
полезная емкость водохранилищ СССР возрастет примерно
в 2,5 раза и составит около 1000 км3, а их площадь водного зер-
кала (без площади подпертых озер) достигнет 140—145 тыс. км2.
Несмотря на то что прогноз 1973 г. в общем предусматривал
в перспективе некоторое снижение удельных норм водопотребле-
ния за счет более экономного использования воды в промышлен-
ности, теплоэнергетике и при орошении, тем не менее предпола-
гался очень интенсивный рост общего объема водопотребления
в стране до 460—490 км3 в 1985 г. и до 570—720 км3 в 2000 г. и
объема безвозвратного водопотребления соответственно до 274
283 и до 315—385 км3. Более детально основные исходные данные
и предпосылки, положенные в основу прогноза 1975 г., изложены
в работе [298]. Прогнозные оценки на перспективу для каждой
реки были даны в среднем за 5—10-летние периоды для средних
климатических условий и для экстремальных условий, т. е. для
исключительно сухих, жарких (влажных, холодных периодов)
246
в районах основного использования водных ресурсов каждого
бассейна.
Основные результаты расчетов и прогнозов антропогенных из-
менений годового стока рек СССР, выполненные в 1975 г., при-
ведены в работах [295, 298], а для рек зоны интенсивного ис-
пользования— на рис. 8.1.
Со времени первых оценок и прогнозов антропогенных измене-
ний стока рек СССР прошло более 10 лет. Интересно провести
анализ, насколько оправдались прогнозы за прошедшее время и
каковы современные тенденции и представления об ожидаемых
изменениях стока. Такая работа была выполнена в ГГИ в 1985—
1986 гг. под руководством В. Ю. Георгиевского по тем же речным
бассейнам. Основные результаты оценок преведены на рис. 8.1
в сравнении с данными 1975 г., а также в табл. 8.1 по бассейнам
северных и сибирских рек. В основе прогнозных оценок 1985 г.
лежат основные показатели развития народного хозяйства страны,
заложенные в Генеральной схеме комплексного использования и
охраны водных ресурсов СССР до 2000 г., разработанной Мин-
Таблица 8.1
Ожидаемые изменения годового стока рек СССР (в устьях)
под влиянием хозяйственной деятельности
(средние климатические условия, стационарная климатическая ситуация)
Река Естественные вод- ные ресурсы, км3/год Естественный сток в устье, км3/год Год
1990 1995 2000 2010
км3/год % км3/год % км3/год % км3/год %
Волга 254 240 26 11 31 13 36 15 41 17
Днепр 53,9 53,9 18 33 20 37 23 43 26 48
Дон 28,1 28,1 8,7 31 10 36 12 43 13 46
Днестр 10,7 10,7 3,3 31 4,1 38 4,9 46 5,2 48
Кубань 13,5 13,5 6,3 47 6,8 50 7,3 54 8,3 62
Урал 10,1 9,3 2,9 31 3,1 34 3,3 37 3,5 38
Терек-ьСулак 15,7 13,4 4,0 30 4,2 31 4,5 33 5,0 37
Кура 28,1 18,0 4,8 27 6,0 33 6,8 38 7,2 40
Амударья 69,5 43,5 40 92 40 92 40 92 40 92
Сырдарья 37,0 9,5 9,0 95 9,0 95 9,0 95 9,0 95
Или 18,1 11,5 3,5 30 3,7 32 3,9 34 4,1 36
Обь 404 404 18 4,4 21 5,2 24 5,9 28 6,9
Иртыш 92,8 92,8 11 12 14 15 16 17 18 19
Енисей 630 630 4,3 0,7 5,2 0,8 6,0 0,9 7,0 1,1
Лена 532 532 0,4 0,1 0,6 0,1 0,8 0,1 1,2 0,2
Амур 344 344 2,0 0,6 2,6 0,7 . 3,2 0,8 4,0 1,2
Нева 78,5 78,5 0,9 1,2 1,0 1,3 1,1 1,4 1,3 1,7
Печора 130 130 0,2 0,1 0,25 0,2 0,3 0,2 0,4 0,3
Северная Двина 109 109 0,25 0,2 0,30 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4
Примечание. Проценты от естественного стока в устье.
247
Д(2ХОЗ Км1 * 3/год
1 I_______т ! - - !_____J_______! __I_____J
1935 1950 1970 1990 2O1O&
Рис. 8.1. Изменения годового стока рек СССР под влия-
нием хозяйственной деятельности AQX03 км3 за 1936—
2010 гг.
1 — расчеты и прогнозы на перспективу до 2000 г. для различных
условий увлажнения» выполненные в 1975 г., 2 — то же в 1985—
1987 гг. до 2010 г. для средних климатических условий — стационар-
ная климатическая ситуация.
водхозом в 1983 г. с корректировками 1985 г. Вариант перспек-
тивного развития народного хозяйства страны, и прежде всего
основных водопотребляющих отраслей 1985 г., коренным образом
отличается от варианта, лежащего в основе прогнозных оценок
1975 г., главным образом планируемым более экономным исполь-
зованием воды во всех отраслях народного хозяйства, меньшими
темпами развития орошения, особенно в районах с ограниченными
водными ресурсами, одновременно с резким снижением удельного
водопотребления на орошение, повышением к. п. д. оросительных
систем, широким внедрением систем оборотного водоснабжения
в промышленности и теплоэнергетике, переходом в ряде отраслей
на безводную технологию. Так, по прогнозам 1985 г. предпола-
гается рост орошаемых площадей к 2000 г. до 26 млн. га, увели-
чение общего объема водопотребления в стране до 430—
450 км3/год, а безвозвратного до 250—260 км3/год (в 1987 г. эти
величины составили соответственно 360 и 200 км3). Естественно,,
что столь существенные различия в планах развития водного хо-
зяйства страны до конца столетия, заложенные в прогнозные
оценки 1975 и 1985 гг., не могли не сказаться на итогах прогнози-
рования антропогенных изменений стока рек СССР на уровень
2000 г.
8.2. Происшедшие изменения годового стока рек;
анализ результатов прогнозов, выполненных в 1975 г.
Прежде чем анализировать результаты количественных оценок
изменений стока рек СССР, отметим, что в 70-е годы в ГГИ были
получены новые научные выводы в отношении процессов воздей-
ствия человека на гидрологический цикл, которые нашли полное
подтверждение в исследованиях, выполненных в последующие
годы.
Первый вывод касается особенностей динамики стока в связи
с развитием орошения. Как показали исследования, для целого
ряда крупных речных бассейнов, расположенных в южных рай-
онах страны, в зоне традиционного развития орошения (Аму-
дарья, Сырдарья, Кура, Или и др.) рост безвозвратных потерь
воды на орошаемых землях до определенного предела может
компенсироваться снижением непродуктивного испарения в бас-
сейне и тогда даже при больших дополнительных потерях воды
на орошение не происходит уменьшения общей водности реки
в замыкающем створе. Динамика указанных процессов особенна
детально была изучена для бассейнов Сырдарьи и Амударьи
в работе И. Б. Вольфцуна и В. В. Сумароковой [69], выполнен-
ной в ГГИ в 80-е годы. Обнаруженная в 70-х годах [292] боль-
шая роль непродуктивного испарения в динамике антропогенных
изменений стока в устье р. Куры была полностью подтверждена
и оценена в работах [266, 300]. Аналогичный эффект в той или
иной степени имеет место и во многих других речных бассейнах
или их частях, расположенных в аридных зонах нашей страны
и за рубежом.
249
Выполненный автором в последние годы анализ результатов
исследовании влияния орошения на сток южных рек не только
позволил приближенно оценить компенсационные ресурсы в их
бассейнах, по и показал, что опа прежде всего зависит от объема
общих потерь водных ресурсов в бассейне, представляющих со-
бой разность суммарных водных ресурсов бассейна и среднего
годового стока реки в устье. Указанное положение хорошо иллю-
стрируется данными, представленными в работе [304], для ряда
крупных рек южной зоны страны. Отметим, что даже ориентиро-
вочная оценка максимальных компенсационных ресурсов бассейна
крайне важна для прогноза изменений стока в устье в связи
с планируемым развитием хозяйственной деятельности в бассейне.
Она показывает пределы возможности увеличения безвозвратного
водопотребления в бассейне без уменьшения суммарного годового
стока в устье.
Для рек нашей страны наибольшие компенсационные ресурсы
имели место для Амударьи и Сырдарьи (соответственно 26 и
10 км3/год), что дало возможность развивать орошение в бас-
сейне Аральского моря до 5 млн. га без заметного уменьшения
притока и падения его уровня.
Для районов избыточного и достаточного увлажнения ком-
пенсационные ресурсы пренебрежительно малы и их можно
не учитывать при прогнозе антропогенных изменений речного
стока.
Следует отметить, что для большинства крупных водосборов
южной зоны СССР компенсационные ресурсы были исчерпаны
еще в 60—70-е годы и па всех реках к настоящему времени имеет
место резкое уменьшение речпого стока под влиянием хозяйствен-
ной деятельности.
Другой важный научный вывод, полученный в результате ис-
следований в 70-е годы, сводится к тому, что для всех водосборов
в условиях жаркого и сухого теплого периода года (а это чаще
всего совпадает с малой водностью) абсолютное уменьшение стока
под влиянием хозяйственной деятельности оказывается значи-
тельно большим, чем в холодные и достаточно увлажненные годы,
причем разница может быть весьма значительной. Примером
указанного положения может быть бассейн р. Урала, для которого
в маловодные годы, когда водные ресурсы бассейна крайне малы,
уменьшение стока за счет испарения с водохранилищ в 5—8 раз
больше, чем в многоводные, влажные годы [298]. Для очень
больших водосборов, охватывающих различные природные зоны,
этот эффект не столь велик, но также весьма значителен, и его
нельзя не учитывать при антропогенных оценках изменений стока
рек на перспективу. В количественном отношении эффект возмож-
ных антропогенных изменений стока крупных рек в различные по
метеорологическим условиям годы может быть надежно показан
на примере бассейна р. Волги путем использования описанной
в главе 7 модели формирования и использования стока (см.
п. 8.3).
250
Для проверки антропогенных изменений стока на перспективу,
полученных в 1975 г., рассмотрим рис. 8.1. Сопоставление пред-
ставленных на рисунке результатов исследований 1975 и 1985 гг.
показывает, что наибольшие к 1985 г. отклонения имеют место
по Днепру и Тереку с Судаком, хотя и по некоторым другим бас-
сейнам (Волга, Днестр и Амударья) отклонения весьма суще-
ственны и достигают 25—30 %. По рекам Севера европейской
части СССР, Сибири и Дальнего Востока данные прогнозных
оценок 1975 и 1985 гг. практически совпали.
Анализ наибольших отклонений прогнозируемых величин ан-
тропогенных изменений стока показал, что основная причина —
неточное прогнозирование роли орошаемого земледелия, обуслов-
ленное или изменившимися планами расширения орошаемых пло-
щадей в бассейнах, или значениями принимаемых на перспективу
оросительных норм. Например, в соответствии с планами 1973 г.
в бассейне Днепра предполагалось за 10 лет резко увеличить
затраты воды на орошение за счет особенно интенсивного роста
орошаемых площадей в самом бассейне и на прилегающих тер-
риториях, а также за счет больших удельных затрат воды на
1 га. По данным 1973 г. на эти цели планировалось израсходовать
на уровень 1985 г. примерно 18 км3 воды в год, по оценкам же
1985 г. эти затраты составили всего 5 км3/год, что полностью
объясняет расхождения, приведенные па рис. 8.1. Оказался су-
щественно завышенным (хотя и не в такой степени, как в бас-
сейне Днепра) план 1973 г. по увеличению орошаемых площадей
и в бассейнах Волги, Днестра, Куры и Терека, что, естественно,
не могло не отразиться на результатах прогнозных оценок
(рис. 8.1). Например, начиная с 80-х годов в бассейне р. Терек
практически не ожидается расширения орошаемых площадей,
хотя еще 10 лет назад интенсивный прирост их планировался до
конца столетия, что и нашло отражение в прогнозе. К 1985 г.
в бассейнах Терека и Сулака по планам 1973 г. ожидалось уве-
личение площадей орошения до 890 тыс. га, фактически их ока-
залось на 240 тыс. га меньше; разница в сторону уменьшения
планируемых и фактических орошаемых площадей к 1985 г. со-
ставила: для бассейна Волги более 400 тыс. га, для Днепра —
1300 тыс. га, для Куры — 150 тыс. га, для Днестра — 240 тыс. га.
Естественно, что по этим рекам прогнозировалось более интенсив-
ное снижение стока на период 1975—1985 гг., чем это оказалось
на самом деле.
Обратная картина имеет место в бассейне р. Амударьи, где
в прогнозе 1975 г. предполагалось менее интенсивное уменьшение
стока в устье, чем это оказалось на самом деле (рис. 8.1). При
прогнозах в 1975 г. динамики стока Амударьи ввиду крайне
острого дефицита водных ресурсов в бассейне Аральского моря
предполагалось, что в перспективе будут приняты действенные
меры по ограничению роста орошаемых площадей и более эко-
номному использованию водных ресурсов. Этого, к сожалению, не
произошло и сток реки уменьшался еще более интенсивно, чем
251
1з предшествующие годы, что привело, как известно, к исключи*
только неблагоприятной экологической ситуации в районах дельты
и побережья Аральского моря.
Оценивая результаты прогнозов, выполненных в 1975 г., сле-
дует напомнить, в частности [295, 298], что результаты оценок на
перспективу из-за ряда принятых допущений следует рассматри-
вать как ориентировочные, соответствующие современной изучен-
ности проблемы и надеж-
ности положенных в ос-
нову вариантов развития
народного хозяйства; про-
гнозы изменения водно-
сти рек под влиянием
а нтропогенн ых факторов
на отдаленную перспек-
тиву имеют условный ха-
рактер и не только из-за
их малой точности, но и
Рис. 8.2. Изменение суммар-
ного притока речных вод во
внутренние моря под влиянием
хозяйственной деятельности
AQnp. хоз за 1936—2010 гг.
а — Каспийское море, б — Азовское,
в — Аральское; / — расчеты и про-
гнозы до 2000 г., выполненные
в 1974—1975 гг.; 2 —то же до 2010 г.,
выполненные в 1985—1987 гг.—ста-
ционарная климатическая ситуация.
потому, что для отдельных объектов они в принципе не У
оправдываться, так как должны быть приняты меры
предотвращения ожидаемых особо неблагоприятных измен
речного стока.
пости пек яиппг^М’«М0ЖН0 полагать> что прогноз изменений вод-
планов₽ размещепия°пппВаННеМ ДЛЯ К0РРектиР0ВК11 перспективных
развитияР орошения Д°до™кпх производств, сокращения темпов
экономному нгплп..’ РазРаб°тки комплекса мероприятий по более
Щения и )з7гряСзнеХ°ВаННЮ В0ДПЫХ РесУРсов> охране их от исто-
соответствии с
ных изменений годового стокяТпМИ пР0Г1103нР0Вапия антропоген-
зультаты перспективной опенки Р К Пах°Дятся, естественно, и ре-
моря (рис. 8.2). В 1975 г ппрлп eiieHlIf* притока во внутренние
уменьшение за счет хозяйствриипТ1Галось’ что па Уровень 1985 г.
пийское море составит 54 км3/гоп Д?ятельпости притока в Кас-
38 км3/год; прогнозные оценки ппит^ДТПЧеСлКП оно оказалось
ностью оправдались — приток в РДп°Ка В Азовское море пол-
252 Р К В АРальское море уменьшился
в значительной мере более существенно, чем это предполагалось
10 лет назад.
8.3. Ожидаемые в перспективе антропогенные изменения
стока рек и притока во внутренние моря
В соответствии с результатами самых последних (1985—
1986 гг.) прогнозов влияния хозяйственной деятельности на реч-
ной сток (рис. 8.1 и табл. 8.1). (несмотря на то, что в ряде бас-
сейнов были существенно уменьшены перспективные планы роста
орошаемых площадей и предприняты меры по сокращению удель-
ных затрат воды на нужды орошения) на всех реках южного
склона СССР до конца столетия ожидается прогрессирующее
уменьшение годового стока за счет хозяйственной деятельности,
что может привести к крайне неблагоприятным экологическим
последствиям, особенно в низовьях этих рек и во внутренних водо-
емах, куда они впадают (рис. 8.2 и табл. 8.2). Прогнозные оценки
на 2010 г. (табл. 8.2 и рис. 8.2) получены путем экстраполяции,
поскольку сколько-нибудь определенные планы развития народ-
ного хозяйства на столь отдаленную перспективу практически
отсутствуют.
Таблица 8.2
Ожидаемые изменения притока речных вод во внутренние моря
под влиянием хозяйственной деятельности
(средние климатические условия, стационарная климатическая ситуация)
Море Норма естественного притока, км3/год Год
1990 1995 2000 2010
км3/год % км3/год % км3/год % км3/год %
Каспийское 298 46 25 50 17 55 18 60 20
Азовское 43 15 35 17 40 19 44 20 47
Аральское 53 49 93 49 93 49 93 49 93
Если сравнивать результаты прогнозов изменений стока на
конец столетия, полученные в 1975 г. и в 1985—1986 гг., то по-
следние предполагают менее интенсивное уменьшение стока рек
зоны интенсивного хозяйственного использования за счет, как уже
указывалось выше, более умеренного роста водопотребления и
широкого внедрения водосберегающих технологий. Для рек Севера
европейской части СССР, Сибири и Дальнего Востока, предпо-
лагаемое уменьшение годового стока которых очень незначительно,
прогнозные оценки 1975 г. и 1985 г. практически совпадают. На
уровень 2000 г. антропогенное изменение суммарного притока реч-
ных вод в Каспийское море составит 55 км3/год, или 18 % (по
прогнозу 1975 г. 66 км3/год), в Азовское море—19 км3/год, или
253
44 % (по данным 1975 г. 20 км3/год). Все приведенные изменения
стока рек и притока в моря на уровень 2000—2010 гг. даны для
средних климатических условий (без учета возможного в перспек-
тиве антропогенного изменения климата).
Следует отметить, что прогнозные оценки на отдаленную пер-
спективу весьма ориентировочны и условны и не только потому,
что постоянно изменяются перспективные планы развития отдель-
Рис. 8.3. Ожидаемые изменения стока р. Куры (в створах
г. Тбилиси, Мингечаур, устье) под влиянием хозяйственной
деятельности.
1 — при современной системе водопользования, 2 — при внедрении ра-
циональных режимов орошения.
ных отраслей народного хозяйства, но и не в меньшей степени за
счет закладываемых в прогноз принципов и подходов к использо-
ванию воды (рис. 8.3). По материалам последних исследований
ГГИ на рис. 8.3 приведены изменения на перспективу годового
стока р. Куры в различных створах, полученные при одних и тех
же планируемых площадях развития орошения, но при разных
принципах использования воды на орошение в бассейне: 1) при
современной крайне неэффективной системе водопользования с ее
небольшими усовершенствованиями; 2) при внедрении на всех
орошаемых площадях научно обоснованных, рациональных режи-
мов орошения (по рекомендациям ГГИ). В первом случае имеет
место прогрессирующее уменьшение годового стока в среднем и
нижнем течении, во втором случае — уменьшения стока по срав-
нению с современным периодом практически не будет. На уровень
2000 г. разница в стоке для устьевого створа составит более
2 км3/год. Естественно, в этом примере не учитывается экономиче-
ская сторона, т. е. насколько экономически эффективен тот или
иной вариант водообеспечения орошаемого земледелия. Однако
254
с природоохранных позиций первый вариант никак не приемлем;
поскольку в этом случае в нижнем течении вода реки практиче-
ски полностью будет представлять собой загрязненные возвратные
воды с орошаемых массивов [285].
Условность приведенных в табл. 8.1 и на рис. 8.1 прогнозных
значений изменений стока, особенно на отдаленную перспективу,
атыс. м3/с
Рис. 8.4. Гидрографы стока р. Волги в устье, рассчитанные на модели по
гидрометеорологической ситуации 1979 г. (а) и 1972 г. (б).
1 — естественные, 2 — прогнозируемые на уровень 2000 г. (Fop=5,l млн. га).
заключается также в том, что они относятся к средним климати-
ческим условиям, т. е. являются осредпепными во времени и не
учитывают возможных сочетаний метеорологических условий
в разных частях бассейна. Как было показано в исследованиях
1975 г., метеорологические условия конкретных лет могут в очень
значительной степени влиять на антропогенные изменения стока
реки в замыкающем створе.
Исследования метеорологических условий на режим антропоген-
ных изменений стока р. Волги выполнены на комплексной водно-
-балансовой математической модели бассейна, описанной в п. 7.3.
В качестве примера на рис. 8.4 приведены рассчитанные по
модели гидрографы стока р. Волги в Каспийское море при уровне
развития хозяйственной деятельности, планируемом па конец
столетия (при Кор=5,1 млн. га) и при естественных гидрометео-
рологических условиях в бассейне, принятых по модели 1972 г.,
который был близок к маловодному (Р«75 %), и по модели са-
мого многоводного 1979 г. (Р«0,5%) (расчеты велись при усло-
255
вии, что регулирование стока водохранилищами Волжско-Кам-
ского каскада будет осуществляться по правилам, действующим
в настоящее время). В первом случае уменьшение годового стока
составило всего 17 км3, во втором 41 км3, что показывает исклю-
чительно большую роль характера регулирования стока и гидро-
метеорологических условий в суммарном изменении стока реки
под влиянием хозяйственной деятельности.
Используя гидрометеорологическую ситуацию выбранного мо-
дельного ряда (1959—1980 гг.), имеющего самые различные со-
д fl хоз км^год
четания метеорологических ус-
ловий в бассейне, путем рас-
четов по модели в ГГИ полу-
чены для каждого уровня раз-
вития хозяйственной деятель-
ности гидрографы и значения
антропогенных изменений сто-
ка р. Волги в замыкающем
створе AQxoa, соответствующих
той или иной метеорологи-
ческой ситуации. Расчеты по-
Рис. 8.5. Кривые обеспеченности по-
терь стока р. Волги.
1 — на орошение при Гор=5,1 млн. га, 2 —
то же при Fop=3,6 млн. га, 3—на допол-
нительное испарение с водохранилищ
Волжско-Камского каскада (апрель—но-
ябрь).
казали, что величины могут изменяться в весьма больших пре-
делах, о чем свидетельствуют полученные па модели и приведен-
ные на рис. 8.5 кривые обеспеченности потерь стока р. Волги за
счет орошения (при ГОр=3,6 и 5,1 млн. га) и дополнительного
испарения с водохранилищ Волжско-Камского каскада. В соот-
ветствии с приведенными данными при площадях орошения
гОр=5,1 млн. га (планируется па конец столетия) годовой сток
реки в замыкающем створе может уменьшиться (при обеспечен-
ности Р=5-4-95%) от 14 до 29 км3, за счет дополнительного
испарения с водохранилищ уменьшение годового стока может
составить 2,8—10 км3.
Исследования, выполненные на модели, показали, что при
nZS Ла пеРс"ективУ влияния хозяйственной деятельности на
Р °к нео ходимо на каждый расчетный уровень определять
Л ™лько Фиксированное значение антропогенных изменений стока
ний В та^л' 8-О, а кривую обеспеченности этих значе-
(Ьянтппап овленную колебаниями естественных климатических
K<SZnu₽ulPH ЭТ0М ДЛЯ больших рек европейской части СССР
ФФ вариации указанных кривых обеспеченностей может
256
иметь значения CVA = 0,15 4-0,20. Отметим при этом, что для
<?хоз
большого речного бассейна антропогенные изменения стока глав-
ным образом зависят от увлажненности и температуры воздуха
за теплый период в районах основного использования стока;
в бассейне Волги, например, это районы, где расположены основ-
Рис. 8.6. Изменения стока р. Волги за счет хо-
зяйственной деятельности AQXOa (по месяцам) на
2000 г., рассчитанные по модели очень сухого
жаркого 1972 г. (а) и очень влажного холодного
1974 г. (б).
1 — промышленно-коммунальное и сельскохозяйственное
водопотребление, 2 — водохранилища. 3 — орошение.
ные орошаемые земли. На рис. 8.6 показана динамика антропо-
генных изменений стока р. Волги при одном и том же варианте
развития водохозяйственных мероприятий (па уровень 2000 г.), но
для существенно различных метеорологических условий — для
года сухого и жаркого, влажного и холодного. Различия в значе-
ниях AQxoa весьма значительны, особенно за счет потерь воды на
нужды орошения.
Использование математических моделей крупного речного во-
досбора, аналогичных описанной в п. 7.3 для бассейна р. Волги,
особенно эффективно для оценки влияния на сток планируемых
водохозяйственных мероприятий в условиях возможных уже
в ближайшей перспективе антропогенных изменений глобального
климата, т. е. при нестационарной климатической ситуации (см.
главу 9).
17 Заказ № !&9
• Глава
9
Антропогенные изменения климата
и водные ресурсы
9.1. Колебания климата и водных ресурсов
На протяжении истории нашей планеты происходили корен-
ные изменения климата, о чем свидетельствуют геологические и
археологические данные. Климаты далекого прошлого планеты
известны очень приближенно. Более или менее достоверные све-
дения об изменениях климатических условий па земле в прошлом
имеются за последние 570 млн. лет — за отрезок времени, кото-
рый носит название фаперозоя. Есть основания полагать, что
на протяжении большей части фанерозоя в дочетвертичный пе-
риод климат планеты по сравнению с современным был более
теплым и достаточно однородным—температура воздуха в эква-
ториальных областях была близка к нынешней, а в высоких
широтах — значительно выше современной с незначительными
сезонными колебаниями.
Исследования, выполненные в самые последние годы [35], по-
зволили даже определить средине для каждой геологической
эпохи значения глобальной температуры нижнего слоя воздуха;
на протяжении фаперозоя дочетвертичного периода средняя тем-
пература была выше современной на 2,8—11 °C, т. е. составляла
18—26 °C.
Климатические условия четвертичного периода изучены, есте-
ственно, более детально; они в значительной мере отличались от
климата более ранних геологических эпох. В этот период усили-
лось похолодание в средних и высоких широтах, что способство-
вало возникновению следующих одно за другим крупных конти-
нентальных оледенений, в период которых ледники достигали
средних широт, а затем отступали. Наступление и отступление
ледников в Европе, Азии и Северной Америке происходило более
или менее синхронно и в общем соответствовало похолоданию и
в южном полушарии [32]. При наиболее сильных оледенениях
ледяной покров в северном полушарии доходил в среднем до
57° с. ш., достигая в отдельных районах 40° с. ш.; при этом тол-
щина льда составляла сотни метров. В периоды оледенения
температура воздуха понижалась во всех районах земного шара,
снеговая линия в горных районах, не охваченных оледенениями,
значительно опускалась, резко увеличивалась площадь зоны веч-
ной мерзлоты, наблюдалось понижение уровня Мирового оксана.
258
В теплые межледниковые периоды температура воздуха повы-
шалась и была выше современной.
Каждое крупное оледенение оказывало решающее влияние на
гидрометеорологический режим всех водных объектов суши,
а в районах оледенения — на формы рельефа, морфологию и само
существование гидрографической сети. Последнее оледенение
в северном полушарии закончилось где-то около 10 тыс. лет
назад и, как полагают, именно с этого периода существует здесь
современная гидрографическая сеть — реки, озера болота. Однако
гидрографические характеристики и режим водных объектов
претерпевали в последующем значительные изменения, обуслов-
ленные вековыми и более малыми по продолжительности коле-
баниями климата.
Вполне достоверно, например, установлено [267], что около
тысячи лет тому назад температура воздуха в северной полярной
области была значительно выше, чем в настоящее время и гра-
ница льдов располагалась севернее современного положения. В то
время плавание в морях Северной Европы было более легким, и
в течение сотен лет существовали постоянные поселения на бе-
регах Гренландии (о более теплых временах говорит и название
этого острова). Последующее похолодание, продвижение полярных
льдов на юг, интенсивное оледенение острова привело к гибели
поселений. Указанное похолодание, отмеченное во многих районах
Европы, иногда называют «малым ледниковым периодом».
Колебания климата проявляются не только в температуре,
а в изменениях режима испарения, осадков. Комплексным по-
казателем климатических условий того или иного региона могут
служить уровни замкнутых водоемов. В частности, положение
уровня Каспийского моря является интегральной характеристикой
климатических условий значительной части Восточной Европы.
Примерно 40—50 тыс. лет назад в период так называемого Вал-
дайского оледенения, когда температура воздуха в Европе была
на 5—10 °C ниже современной, уровень Каспийского моря дости-
гал очень высоких отметок (более чем па 75 м выше современ-
ного), что соответствовало увеличению площади водной поверх-
ности до 800 тыс. км2, а объем воды мог достигать 130 тыс. км3.
По расчетам Г. П. Калинина [124], речной сток в Каспийское
море в этот период мог составлять 545 км3 (примерно в 2 раза
больше современного), а испарение 680 мм, или в 1,5 раза меньше
современного.
В период потепления и аридизации климата между отдельными
стадиями оледенения для бессточных озер северного полушария
характерна глубокая регрессия. В такие времена положение
уровня Каспийского моря могло быть близко к современному и
даже значительно ниже. Известно, например, что 23—25 тыс. лет
была колоссальная регрессия Каспийского моря, когда отметки
уровня составляли — 50... 60 м абс.; указанная регрессия сопро-
вождалась сильнейшей ариднзацией климата прилегающих
районов.
17* 259
Более определенные и детальные данные о колебаниях уровня
Каспийского моря имеются за историческое время — за последние
2,0—2,5 тыс. лет. График хода уровня за этот период, заимство-
ванный из работы Р. К. Клиге [132], представлен на рис. 9.1.
В соответствии с приведенными данными колебания уровня носят
довольно четко выраженный циклический характер. За 2200 лет
можно выделить семь циклов повышенного и пониженного уровня
моря средней продолжительностью каждый 300—400 лет.
Рис. 9.1. Изменение уровня Каспийского моря за последние
2,5 тыс. лет (по Р. Г. Клиге).
В периоды регрессий уровни моря опускались до отметок
—30... —33 м абс. и поднимались в периоды трансгрессий до
отметок —23... —24 м абс., т. е. максимальная амплитуда коле-
баний уровня составила примерно 8—10 м. Есть основание пола-
гать, что самое низкое положение уровня моря за историческое
время (—30... —33 м абс.) имело место в VI в., а наиболее вы-
сокое (—23... —24 м абс.) — в самом начале нашей эпохи и
в конце XVIII — начале XIX в. При этом регрессия и трансгрес-
сия моря была обусловлена общей климатической ситуацией
в умеренных и высоких широтах северного полушария. При по-
теплении и аридизации климата имело место понижение уровня
моря, при похолодании — повышение. Однако, по последним дан-
ным работы [304], эти выводы пе подтверждаются: около
5,5 тыс. лет назад в период оптимума голоцена уровень Каспий-
ского моря был выше современного на 6—10 м, а примерно
125 тыс. лет назад в период оптимума Микулииского межледни-
ковья уровень моря повышался до 40 м. При этом в первом слу-
чае среднегодовая глобальная температура воздуха была на
1 С, а во втором — на 2°C выше современной, т. е. выводы прямо
противоположны Р. К. Клиге. Очевидно, проблема генезиса вла-
гообеспеченности Волго-Каспийского региона, регрессий и транс-
грессий Каспийского моря остается дискуссионной и требует
дальнейшего изучения палеоклиматологами и гидрологами.
Если ориентироваться иа циклический характер вековых 'ко-
лебаний хода уровня Каспийского моря, то вполне определенно,
260
что в настоящее время мы находимся где-то в самом конце оче-
редной стадии регрессии моря, продолжающейся почти 200 лет,
после чего следует ожидать наступления трансгрессионной
стадии. Однако, когда это произойдет, определенно сказать невоз-
можно — за последние 2500 лет продолжительность стадий ре-
грессии была от 100 до 300 лет (рис. 9.1). В последние десятиле-
тия на режим уровня моря существенное влияние оказывает
хозяйственная деятельность человека [295].
Рис. 9.2. Динамика аномалий средней для северного полушария температуры
воздуха за 1850—1985 гг.
Заметные изменения климата имеют место и в современную
эпоху — в последние 100—200 лет. При этом изучены они, есте-
ственно, гораздо лучше и базируются на основе обработки мате-
риалов мировой системы метеорологических наблюдений. На
рис. 9.2 представлены полученные в ГГИ и заимствованные из
работы [37] аномалии средней для северного полушария темпе-
ратуры воздуха за период с 1850 г. В общем на протяжении по-
следнего столетия в северном полушарии преобладала тенденция
повышения средней температуры воздуха, при этом колебания
ее находились в пределах 1 %• Наибольшее потепление имело
место в 30-е годы, которое сопровождалось уменьшением осадков
и резким падением уровня Каспийского моря. Указанное потеп-
ление сменилось похолоданием, а начиная с 70-х годов снова на-
чалось устойчивое потепление, продолжающееся до последних лет.
Внутри общих климатических трендов, исчисляемых десятиле-
тиями, имеют место более короткопериодные колебания
метеорологических условий, определяющие годовые колебания
водности, чередования периодов маловодных и многоводных лет.
Вопросы причин изменения климата Земли являются чрезвы-
261
чайно сложными и недостаточно изученными. Существует немало
гипотез, объясняющих изменения климатических характеристик
в те или иные эпохи, однако до настоящего времени отсутствует
единая физически обоснованная теория, в полной мере объясняю-
щая колебания климата в различных временных и пространствен-
ных масштабах. По Е. К. Федорову [267], целесообразно разли-
чать причины изменений климата, которые происходили на про-
тяжении многих десятков и сотен миллионов лет существования
нашей планеты и те, которые наблюдались 10—20 тысячелетий
назад и последние десятки и сотни лет. Причиной первых могли
быть как внешние по отношению к планете явления, например
изменение солнечной постоянной, орбиты и оси вращения Земли,,
так и процессы, происходящие на самой планете — перемещения
континентов, преобразование рельефа суши и морского дна, вул-
каническая деятельность атмосферы, изменение ее химического
состава и др.
Изменения климата в последние тысячелетия происходили при
неизменной орбите и осп вращения Земли, структуре земной по-
верхности, при постоянном солнечном излучении. Наибольшую
роль в изменении климата в этот период, по мнению многих спе-
циалистов, играет интенсивность вулканической деятельности и
изменение химического состава атмосферы, в частности концен-
трации СО2 в атмосфере. Так, по данным климатологов ГГИ [35,
54, 60], эти два фактора практически полностью объясняют из-
менения климата северного полушария за последние 100—150 лет
(рис. 9.2).
По мнению авторов монографии [35], концентрация СО2
в атмосфере является главным фактором, определяющим климат
планеты не только в последние тысячелетия, по и па протяжении
сотен миллионов лет, т. с. всего периода фанерозоя. В то же
время в целом ряде исследований, в том числе выполненных
в последние годы [32], в качестве основных причин периодиче-
ских похолоданий, наступания и отступания ледяных покровов
в четвертичном периоде называются автоколебательные процессы
в системе атмосфера — океан — ледяные покровы, а также астро-
номические факторы — периоды колебании наклона земной оси
и эксцентриситета земной орбиты, которые стали оказывать за-
метное влияние на климат только в четвертичный период, после
появления крупных полярных оледенений.
Наличие большого числа самых различных факторов, действу-
ющих на климат, количественная роль которых не достаточна
выявлена, отсутствие физически обоснованной теории климата не
позволяют даже однозначно объяснить изменения климата
в прошлом, не говоря уже о надежных прогнозах возможных
естественных колебаний климата в будущем. Важно подчеркнуть,
что все изложенное выше касалось климата, а не метеорологиче-
ских условий отдельных коротковременпых периодов времени,
в основном и определяющих сток рек и водные ресурсы за
сезоны, годы, маловодные и многоводные периоды.
262
Под климатом в настоящее время чаще всего понимают сово-
купность относительно стабильных черт состояния атмосферы
в том или ином регионе, осредненных за период времени около
30 лет. Что касается колебания метеорологических условий за
более короткие периоды времени, а тем более годы и сезоны, то
они, кроме причин, приведенных выше, зависят от множества
других факторов, определяющих характер общей циркуляции
атмосферы и вод океана.
В указанных условиях при различного рода гидрометеорологи-
ческих расчетах до настоящего времени принимается, что клима-
тические условия последних десятилетий будут характерны и для
климата будущего, во всяком случае на несколько десятилетий
вперед. Именно на этой гипотезе базируются все современные
инженерные климатологические и гидрологические расчеты, осно-
ванные на статистической обработке и анализе рядов гидроме-
теорологических наблюдений.
До последнего времени это предположение являлось безусловно
правильным, подтверждалось теоретически и эмпирически и ни
у кого не вызывало сомнений. В п. 1.1 уже приводились убеди-
тельные выводы, полученные В. Иевджевичем (США). Аналогич-
ные результаты получены в последние годы в ГГИ А. В. Рожде-
ственским [239] путем статистического анализа наиболее
продолжительных рядов наблюдений за стоком рек СССР, в не-
значительной мере нарушенных хозяйственной деятельностью.
Указанными исследованиями показано, что наиболее длительные
ряды стока и осадков являются стационарными (или по крайней
мере временно стационарными), причем в них невозможно на-
дежно выделить какие-либо периодические циклы.
Повсюду в мире в инженерной гидрологии и практической
климатологии, рассчитывая необходимые для строительного проек-
тирования гидрологические и климатологические характеристики
различной вероятности превышения и обосновывая их парамет-
рами и стоимостью различных гидротехнических сооружений,
неизбежно исходят из той же гипотезы, что гидрометеорологиче-
ские ряды являются репрезентативными для последующих деся-
тилетий и даже столетий (при строительстве крупных гидротехни-
ческих сооружений предполагается, что они могут эффективно
работать 100—200 лет); именно только для таких стационарных
условий применимы широко используемые в инженерной практике
методы математической статистики.
Не только проектирование отдельных сооружений, ио и разра-
ботка долгосрочных перспективных мероприятий по водообеспече-
нию страны, по управлению режимом внутренних водоемов, в том
числе мероприятий по территориальному перераспределению вод-
ных ресурсов, до недавнего времени исходили из гипотезы ста-
ционарности климатической ситуации; все расчеты ведутся для
средних климатических условий с учетом возможности наступле-
ния многоводных и маловодных периодов различной обеспечен-
ности, без привязки их во времени.
263
Естественно, указанная ситуация является вынужденной, она
обусловлена отсутствием во всем мире сколько-нибудь надежных
и физически обоснованных методов прогнозирования хотя бы на
5—10 лет вперед климатических условий того или иного региона.
Следует отметить, что в последние годы прежде всего работами
советских и американских климатологов [32, 60] сделан крупный
шаг вперед в области изучения и прогнозирования климата бли-
жайших десятилетий; во всяком случае к настоящему времени
получены физически достаточно обоснованные представления
о возможных климатических трендах антропогенного происхожде-
ния, которые уже невозможно не учитывать при планировании
и разработке крупномасштабных водохозяйственных мероприя-
тий, рассчитанных на весьма отдаленную перспективу.
Состоявшаяся в октябре 1985 г. в Филлахе (Австрия) между-
народная конференция по вопросам изменений климата и их по-
следствий пришла к выводу, что в результате повышения концен-
трации «парниковых» газов в атмосфере в первой половине сле-
дующего столетия средняя глобальная температура воздуха может
возрасти гораздо больше, чем когда-либо в истории человечества.
В рекомендациях Конференции, в частности, сказано: «В настоя-
щее время принимается много важных экономических и социаль-
ных решений по долгосрочным проектам, связанным с планиро-
ванием производства энергии и управлением водными ресурсами
(ирригационные работы, строительство гидроэлектростанций и
водохранилищ), использованием сельскохозяйственных угодий,
строительством различных сооружений в прибрежных зонах.
В основе всех этих решений лежит предположение о том, что
данные о климате прошлого могут служить надежным ориентиром
на будущее. Однако это предположение более ие является пра-
вильным, так как возрастание концентрации парниковых газов
приведет к значительному потеплению глобального климата в сле-
дующем столетии. Уточнение оценок будущих климатических
условий для принятия более обоснованных решений является
делом чрезвычайной важности». И прежде всего это особенно
важно для специалистов-гидрологов, которые призваны заниматься
гидрологическими расчетами, оценкой и прогнозом водных ресур-
сов, их колебаний во времени и в пространстве, изменений под
влиянием естественных факторов и хозяйственной деятельности.
Ниже излагаются современные представления о происходящих
и ожидаемых в перспективе антропогенных изменений климата,
о влиянии этих изменений на водные ресурсы и водный баланс.
9.2. Антропогенные изменения локального климата
и водные ресурсы
Локальные изменения климата и обусловленные ими изменения
гидрологического режима и водных ресурсов происходят главным
образом в результате:
— воздействия человека на растительный покров;
264
— строительства и роста урбанизированных территорий и го-
родов;
— сооружения искусственных водных объектов — водохрани-
лищ, каналов, увеличения или уменьшения затопленных терри-
торий;
— орошения и осушения земель.
Все перечисленные мероприятия способствуют изменению ло-
кального и в какой-то мере глобального климата за счет: изме-
нения отражательной способности (альбедо) земной поверхности,
изменения аэродинамической шероховатости, испарения и влаж-
ности, температуры почвы и приземного слоя воздуха.
Изменение метеорологических характеристик и подстилающей
поверхности ведут за собой преобразования гидрологического
режима и водных ресурсов.
Изменение растительного покрова земли и рост урбанизиро-
ванных территорий, помимо влияния на локальные метеорологиче-
ские условия, может оказывать весьма существенное воздействие
на глобальный климат путем изменения химического состава ат-
мосферы; эти вопросы будут рассмотрены в следующих разделах.
9.2.1. Влияние человека на растительный покров
Этот процесс начался многие тысячи лет тому назад в усло-
виях развития скотоводства и земледелия, когда стали уничто-
жаться леса для расширения пастбищ и при подсечно-огневом
земледелии. Леса вырубались и сжигались, на их месте сажались
сельскохозяйственные культуры, удобренные золой, они первона-
чально давали обильные урожаи. Плодородие почвы быстро
убывало и приходилось вырубать все новые и новые участки леса.
Массовое выжигание растительного покрова приводило к рез-
ким изменениям природных условий, климата и гидрологического
режима. В последующем и до настоящего времени интенсивная
вырубка лесов ведется с целью получения древесины.
Уничтожение лесной растительности па больших территориях
уменьшает динамическую шероховатость, приводит к увеличению
ветра, изменяет влажность воздуха и испарение, режим и даже
в какой-то степени общее количество осадков, альбедо земной
поверхности. В целом может резко измениться климат, гидрологи-
ческий режим и водные ресурсы па значительных территориях
как в тропических районах, так и в умеренной зоне (см. главу 5).
Посадки лесов также сопровождаются изменениями метеороло-
гического режима. Хорошо известно, например, какое большое
влияние на локальный климат и водный баланс оказывает массо-
вое сооружение в степных районах лесных полос. Главный фактор
влияния лесных полос на метеорологический режим — их ветро-
защитные свойства, причем наибольшим влиянием обладают про-
дуваемые лесные полосы, разрушающие воздушные потоки. При
этом может уменьшиться испарение, происходит накопление влаги
в почве, прекращается интенсивный снос снега, уменьшается вет-
265
ровая эрозия и вероятность возникновения пыльных бурь. Все это
в большинстве случаев позволяет существенно изменить водный
баланс почвы и заметно повысить урожайность сельскохозяйствен-
ных культур.
Таким образом, влияние человека на растительный покров
является фактором, позволяющим в известных пределах направ-
ленно изменять локальные климатические условия в приземном
слое воздуха. Изменение растительного покрова влияет не только
на локальные гидрометеорологические условия. Уничтожение ле-
сов на больших территориях, изменяя альбедо земной поверхно-
сти, может оказывать влияние и на глобальный климат. Клима-
тологами установлено [32], что современное среднее значение
альбедо земной поверхности составляет «3=0,14, изменение аль-
бедо на 0,01 изменяет среднюю температуру у поверхности земли
па 2,3 °C. Таким образом, если знать, на какое значение изменя-
ется альбедо при уничтожении лесов и масштабы этого явления,
нетрудно оценить его возможные воздействия на глобальный
климат.
Указанные вопросы наиболее обстоятельно рассмотрены
в работе американских авторов Сагана, Туна и Поллака [349],
в которой оценено изменение глобального альбедо н средней тем-
пературы воздуха у поверхности земли за счет воздействия
человека на растительный покров, начиная с древнейших времен.
По мнению указанных авторов, наибольшую роль в изменении
климата земли имели два фактора:
1) уничтожение человеком растительности саванн и превраще-
ние их в пустыню, что произошло в течение нескольких тысяч
лет на площади 9 млн. км2 и сопровождалось уменьшением аль-
бедо земной поверхности (па этой площади) на 0,19;
2) вырубка тропических лесов на протяжении тысяч лет па
площади 7 млн. км2, что увеличило альбедо на 0,09.
Под влиянием главным образом указанных двух факторов
глобальное альбедо системы земля — атмосфера повысилось па
0,006, что должно было привести к снижению средней темпера-
туры воздуха па 1,0—1,5 °C. По мнению указанных авторов, за
последние 25 лет вследствие вырубки лесов альбедо земли повы-
силось на 0,001, в результате чего средняя температура воздуха
снизилась на 0,2 °C. Американские авторы считают, что получен-
ное ими изменение глобальной температуры во многом объясняют
похолодание, имевшее место в так называемую малую леднико-
вую эпоху, и заметное понижение глобальной температуры
в 60-е годы нашего столетня.
По мнению М. И. Будыко [32], приведенные американскими
авторами оценки изменений температуры являются, видимо, за-
вышенными, хотя без сомнения влияние уничтожения лесов на
альбедо земной поверхности имело место. Вырубки лесов сопро-
вождаются освобождением значительного количества углекислого
газа, который из-за создания парникового эффекта приводит
к повышению температуры воздуха (см. и. 9.4). В результате
266
этого воздействие вырубок лесов на альбедо земной поверхности
в значительной мере компенсируется.
9.2.2. Урбанизация
Гидрометеорологические условия в городах и на урбанизиро-
ванных территориях значительно изменены по сравнению с окру-
жающей местностью. Главными факторами, влияющими иа метео-
рологические условия города, являются: изменения альбедо земной
поверхности (в городе оно меньше, чем в загородной местности),
испарения, осадков, шероховатости; выделение дополнительного
тепла за счет хозяйственной деятельности, загрязнение атмосферы
различными веществами.
Изменение метеорологических характеристик и подстилающей
поверхности в городах может привести к коренному преобразова-
нию режима стока воды и наносов, водного баланса урбанизи-
рованных территорий (см. главу 6). Главной особенностью город-
ского климата является возникновение в крупных городах «остро-
вов тепла», характеризующихся повышенной температурой воз-
духа. Средняя температура воздуха в большом городе примерно
на 1—2°C выше, чем в загородной местности, в ночные часы раз-
ность может достигать 6—8°C; при сильных неграх разница
обычно значительно меньше, в значительной мерс опа зависит от
общих климатических условий региона, площади городской за-
стройки, сезонов года.
Большую роль в изменении климатических условий города
имеет повышенная загрязненность воздуха различными приме-
сями. Увеличение концентраций аэрозоля над городом резко
уменьшает солнечную радиацию. В больших городах прямая
солнечная радиация уменьшается примерно па 15%, ультрафио-
летовое излучение на 30 % (в зимние месяцы может вообще
исчезнуть), продолжительность солнечного сияния на 5—15 %
(32]. Большое количество аэрозоля способствует росту повторяе-
мости туманов, в том числе в виде так называемого смога. По-
вышенное количество ядер конденсации над городом и усиление
восходящих движений воздуха способствуют увеличению облачно-
сти и осадков (до 10 %).
Увеличение осадков, уменьшение испарения и просачивания
талых и дождевых вод обычно приводят к увеличению стока
с урбанизированных территорий, росту максимальных расходов
воды; водный баланс городов имеет резкие различия по сравне-
нию с загородной местностью (см. гл. 6).
Урбанизация не только преобразует локальный климат, по и
может способствовать в какой-то мере изменению глобального
климата за счет изменения альбедо земной поверхности, общей
циркуляции атмосферы, поступления с урбанизированных терри-
торий в атмосферу различных газов и аэрозоля.
По данным [349], урбанизация в мире на площади около
1 млн. км2 уменьшает альбедо на этой территории па 0,02, соот-
207
ветствующее уменьшение глобального альбедо составляет
2,5-10~5, что может повысить среднюю глобальную, температуру
воздуха у земной поверхности примерно на 0,005 °C, что очень
незначительно. В соответствии с имеющимися данными [267], ви-
димо, возможно более значительное воздействие на глобальный
климат крупнейших городских конгломераций как источников
столь больших объемов дополнительного тепла, способных изме-
нить характер атмосферной циркуляции.
В настоящее время уже сделаны некоторые предварительные
количественные оценки климатических последствий выделения
дополнительного тепла городами как «тепловыми островами».
Так, в работе [358] подсчитано, что, например, сооружение двух
крупных мировых центров выработки энергии (одного — вблизи
побережья Англии, другого — у западного берега Тихого океана)
вызвало бы изменение атмосферной циркуляции над югом Евро-
пейского материка, способное переместить зоны осадков, что
привело бы к частым засухам в одних районах и обильным осад-
кам в других.
Видимо, и интенсивное развитие в настоящее время крупней-
ших урбанизированных территорий в различных районах мира
может заметно сказаться на атмосферной циркуляции и климати-
ческих условиях отдельных регионов.
9.2.3. Гидромелиоративные мероприятия
Влияние искусственных водных объектов (водохранилищ, ка-
налов) иа климат сводится прежде всего к изменению шерохова-
тости поверхности и усилению ветра, уменьшению суточных ко-
лебаний температуры, увеличению радиационного баланса из-за
уменьшения альбедо и испарения.
В условиях избыточного и достаточного увлажнения изменение
климатических условий на прилегающих территориях при созда-
нии даже очень крупных водохранилищ невелико и распростра-
няется на небольшие расстояния. Чем более в сухих районах
располагаются водохранилища и каналы, тем большая их роль
в изменении микроклимата. За счет увеличенного испарения на
берегах водохранилищ весной и летом температура воздуха зна-
чительно ниже, чем в районах, удаленных от берега, причем
разница может составлять 2—3 °C. В осенний период за счет более
высокой температуры воды имеет место обратная картина. Терми-
ческое влияние наиболее крупных водоемов проявляется неоди-
наково и зависит от их глубины. В целом влияние различных по
размеру и глубине водоемов прослеживается на расстоянии от
1—2 до 50 км и убывает от берега в глубь суши по логарифми-
ческому закону [98].
Малая шероховатость водной поверхности и более равномер-
ное дневное нагревание ее способствуют усилению ветра и неко-
торому уменьшению (до 20 °/о) осадков над крупными водохра-
268
нилищами при их увеличении в береговой наветренной зоне (на
протяжении 1—2 км).
Создание дополнительной водной поверхности несколько сни-
жает общее альбедо системы земля — атмосфера и, следовательно,
способствует повышению средней температуры приземного воз-
духа, однако учитывая, что суммарная площадь искусственных
водных объектов в мире составляет не более 0,5 млн. км2, это
изменение крайне незначительно.
Широкое развитие орошения в мире является одним из путей
воздействия на локальный климат и гидрологический режим тер-
риторий. При орошении прежде всего резко изменяется микро-
климат орошаемых территорий; за счет увеличения затрат тепла
на испарение снижается температура воздуха у поверхности
земли, повышается влажность. Однако указанное изменение ме-
теорологического режима довольно быстро затухает за преде-
лами орошаемых полей; поэтому за счет указанных факторов
возможно существенное локальное изменение климата, влияние
же орошения на крупномасштабные метеорологические процессы
весьма ограничено.
Изменение температуры земной поверхности и приземного воз-
духа при орошении с достаточно большими оросительными нор-
мами оказывается весьма значительным, что приводит к замет-
ному изменению над орошаемыми территориями температуры и
влажности нижних слоев воздуха. Эти изменения зависят от рас-
стояния до границ орошаемого массива, от нормы полива и пе-
риода времени между поливами, от скорости ветра и турбулент-
ного обмена, радиационных свойств подстилающей поверхности
(главным образом альбедо).
По данным М. И. Будыко [27], изменения температуры воз-
духа на высоте метеорологической будки над орошаемыми по-
лями могут составлять в пустынных районах 2,5—3 °C, изменения
абсолютной влажности — на 6—7 гПа; на меньших высотах раз-
личия, естественно, возрастают. В степной и лесостепной зонах
влияние орошения на микроклимат несколько меньше.
По данным О. А. Дроздова и других [98], понижение темпе-
ратуры воздуха над орошаемыми массивами в Средней Азии
в наиболее теплые месяцы достигает 3 °C; к весне и осени это
значение уменьшается.
В соответствии с данными С. А. Сапожниковой [246] наиболь-
шие различия в температурном режиме орошаемых и неорошае-
мых земель имеют место на юге Средней Азии — до 30 °C на
поверхности почвы, 5—6 °C на высоте 0,5 м, 3—4 °C на высоте
1,5 м. В Казахстане различия температуры воздуха уменьшаются
примерно вдвое, а температура поверхности почвы достигает
25 °C.1 Севернее, в районе г. Куйбышева температура поверхности
почвы под влиянием орошения уменьшается па 15 °C, а воздуха
(на высоте метеобудки) — примерно на 1 °C.
Развитие орошения воздействует на глобальный климат Земли,
изменяя альбедо земной поверхности. При этом интересно отме-
269
тить, что связанные с орошением глобальные изменения климата
имеют противоположный характер по сравнению с локальными.
Действительно, если при орошении происходит понижение тем-
пературы воздуха па орошаемых полях, то средняя температура
воздуха у земной поверхности должна повышаться за счет умень-
шения глобального альбедо под влиянием орошения. По данным
М. И. Будыко [32], при орошении засушливых земель альбедо
может понижаться примерно на 0,10; при современной площади
мирового орошения около 2,5 млн. км2 (примерно 0,5 % общей
поверхности Земли) глобальное альбедо уменьшается на 0,0003,
что приводит к повышению средней температуры воздуха у по-
верхности Земли примерно на 0,07 °C. К концу столетия в связи
с планируемым увеличением орошаемых площадей приведенное
значение может увеличиваться в 1,5 раза.
Осушение заболоченных территорий обычно оказывает на ло-
кальный климат влияние, обратное орошению: с уменьшением
влажности почвы повышается температура воздуха, уменьшается
испарение. Альбедо земной поверхности изменяется очень незна-
чительно.
Таким образом, рассмотренные в настоящем разделе хозяй-
ственные мероприятия оказывают заметное влияние на локальный
климат и гидрологический режим водных объектов, непосред-
ственно расположенных в районе воздействия. Изменения гло-
бального климата в результате изменений альбедо за счет ло-
кальных антропогенных воздействий незначительны, причем они
действуют в противоположных направлениях, в значительной мере
взаимно компенсируя друг друга. Действительно, уничтожение
растительного покрова способствует увеличению альбедо в системе
земля — атмосфера и снижению температуры приземного воздуха,
а развитие орошения и урбанизация, наоборот, уменьшает альбедо
и способствует увеличению глобальной температуры.
Кроме того, все указанные локальные воздействия имеют су-
щественные объективные ограничения в своем развитии на пер-
спективу и по этой причине не могут играть в будущем сколько-
нибудь заметную роль в изменении глобального климата, а сле-
довательно, и водных ресурсов.
9.3. О влиянии использования пресных вод
на глобальный влагооборот и климат
Хозяйственная деятельность человека, выражающаяся в урба-
низации, сооружении водохранилищ, орошении засушливых зе-
мель, во все возрастающем водопотреблепии на нужды населения
и промышленности не только приводит к весьма заметным изме-
нениям локального климата па относительно ограниченных тер-
риториях, ио и способствует поступлению в атмосферу большого
количества дополнительной влаги за счет более интенсивного
испарения по сравнению с условиями естественного гидрологиче-
ского цикла. При этом с некоторыми допущениями можно пола-
270
гать, что объемы дополнительном влаги, поступающем в атмо-
сферу в результате деятельности человека соответствуют
безвозвратным потерям воды на хозяйственные нужды.
• Следует отметить, что значения дополнительного испарения,
которые, согласно оценкам автора [302], к концу столетия до-
стигнут 3000 км3/год, приобретают уже крупномасштабный ха-
рактер, особенно если учесть, что большая часть их (90 %), обус-
ловленная главным образом развитием орошения, приходится ца
засушливые районы, где естественное испарение с суши невелико.
Наиболее ощутимо влияние хозяйственной деятельности в арид-
ных районах Евразии, где к 2000 г. затраты стока на дополни-
тельное испарение составят более 2200 км3/год, что будет спо-
собствовать увеличению общего испарения в этих районах при-
мерно в 1,8 раза.
В соответствии с общей теорией влагооборота дополнительная
влага, поступающая в атмосферу, вызовет выпадение дополни-
тельных осадков, которые в какой-то степени могут компенсиро-’
вать потребление воды на хозяйственные нужды. При этом, учи-
тывая стимулирующий эффект дополнительной влаги, дополни-
тельные осадки могут быть весьма значительными и для
отдельных крупных регионов могут существенно превышать объемы
испарения, обусловленного хозяйственной деятельностью человека.
Естественно, что этот эффект может иметь место (см. главу 1)
только для очень больших территорий, для которых коэффициент
влагооборота ЛвлЗ>1, например для континентов Земли.
Приближенная оценка возможных значений изменений осад-
ков и речного стока континентов за счет дополнительного испа-
рения, обусловленного хозяйственной деятельностью на различные
расчетные уровни, была впервые выполнена в ГГИ автором
совместно с О. А. Дроздовым и О. Г. Сорочан и опубликована
в работах [97, 194]. В последние годы оценки изменений осадков
и стока были в ГГИ уточнены * с учетом новых данных по водо-
потреблению и воднобалансовым характеристикам, рассчитанным
не для континентов в целом, а для значительно меньших при-
родно-экономических регионов мира. Значения, полученные для
отдельных регионов, затем осреднялись для континентов Земли.
Уточненные таким образом результаты расчетов приведены
в табл. 9.1. Аналогичные оценки для природно-экономических
регионов с интенсивным развитием орошения приводятся в п. 4.1
(см. табл. 4.5).
В соответствии с данными табл. 9.1 в результате безвозврат-
ных потерь воды на хозяйственные нужды увеличение суммар-
ных осадков в Европе, Азии, Африке и Северной Америке соста-
вило на уровень 1980 г. 47—140 % и на уровень 2000 г. достигнет
примерно 60—120 % от соответствующих значений безвозвратного
водопотребления. В Австралии и Южной Америке рост безвоз-
* Уточнения выполнены автором совместно с Н. Г. Самбуком.
271
Таблица 9.1
Изменения атмосферных осадков и стока континентов под влиянием
хозяйственной деятельности
Континент Средний суммар- ный годовой сток, км3 Безвозвратное водопотрсб- донне £7ХОЗ км3/год Сумма дополнитель- ных осадков А Р км3/год Объем дополнитель- ного стока A Q км3/год A Q н 100% ° хоз
1980 г. 2000 г. 1980 г. 2000 г. 1980 г. 2000 г. 1980 г. 2000 г.
Европа 3 210 127 222 60 173 19 55 15,0 24,8
Азия 14410 1380 2020 790 1320 306 512 22,2 25,3
Африка 4 570 129 211 185 245 21 36 16,2 17,1
Северная Америка 8 200 224 302 110 338 34 104 15,1 34,4
Южная Америка 11 760 71,0 116 0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Австралия и Океа- ния 2 390 14,6 22,0 0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
вратных потерь в связи с особенностями влагооборота практически
не приводит к увеличению осадков.
По дополнительным осадкам ДР нетрудно ориентировочно
подсчитать увеличение среднего годового стока AQ, используя
для этого значения среднего для каждого континента коэффи-
циента стока, которые были заимствованы из работы [194]. Уже
на 1980 г. дополнительный сток составляет весьма заметную долю
от объемов безвозвратного водопотребления (от 15 до 22 %). При
дальнейшем увеличении безвозвратного водопотребления суще-
ственно возрастает и роль дополнительного стока; па конец
столетия их значения уже составят 17—34 % суммарного без-
возвратного водопотребления (табл. 9.1).
В более отдаленной перспективе в принципе возможно такое
положение, когда увеличение безвозвратных потерь па хозяйствен-
ные нужды в результате изменения характеристик влагооборота
будет полностью компенсировано дополнительным стоком и вод-
ные ресурсы в отдельных континентах останутся неизменными.
Естественно, однако, что при этом, учитывая огромную протя-
женность континентов, будет происходить некоторое перераспре-
деление осадков и водных ресурсов по территории. Дополнительное
испарение имеет место над районами с основными орошаемыми
массивами и водохранилищами, а дополнительные осадки и сток
следует ожидать в других частях континентов, как правило,
в горных районах па главных путях переноса воздушных масс.
Таким образом, изменение режима испарения в результате
хозяйственной деятельности может привести в перспективе к не-
которому преобразованию соотношений между элементами водного
баланса в разных частях континентов и крупных регионов. Коли-
чественная оценка указанных явлений применительно к обширным
регионам представляет большое научное и практическое значение
272
для перспективного планирования крупномасштабных мероприя-
тий по рациональному использованию водных ресурсов.
В свете изложенного интересно отметить, что употребляемый
часто в практике водного хозяйства термин «безвозвратные по-
тери» носит условный характер и отвечает своему названию только
применительно к небольшим районам и отдельным речным бас-
сейнам, для которых дополнительное испарение действительно
есть потеря воды. Для больших площадей (F>1 млн. км2) допол-
нительное испарение в результате хозяйственной деятельности не
является безвозвратными потерями, так как значительная часть
воды возвращается обратно в виде дополнительных осадков и тем
большая, чем больше площадь рассматриваемой территории. Для
Земли в целом этот термин вообще теряет свой смысл.
Приведенные в табл. 9.1 значения АР и AQ для континентов
могут быть несколько завышены из-за следующих принятых до-
пущений:
— дополнительное испарение в результате хозяйственной дея-
тельности не влияет иа естественное испарение в регионе;
— безвозвратные потери на хозяйственные нужды приравни-
ваются к дополнительному испарению.
Первое допущение особенно требует обоснований. Действи-
тельно, например, в бессточных районах суммарное испарение
практически неизменно, поэтому здесь увеличению потерь воды на
хозяйственные нужды соответствует такое же уменьшение есте-
ственных потерь и никакой дополнительной влаги в атмосферу не
поступает.
Для некоторых рек, текущих в океан, также возможно неко-
торое уменьшение суммарного естественного испарения, обуслов-
ленного деятельностью человека, например в результате регули-
рования стока и уменьшения масштабов и продолжительности
затоплений. В этих случаях до определенного уровня использо-
вания водных ресурсов безвозвратные потери па хозяйственные
нужды в какой-то степени могут компенсироваться сокращением
непродуктивного испарения в бассейне [304].
Приведенные обстоятельства могут иметь большое значение
для оценки изменений водного баланса отдельных речных бассей-
нов. Однако ими вполне можно пренебречь при рассмотрении
возможных в перспективе изменений характеристик стока для
континентов. Действительно, сток в бессточных областях состав-
ляет всего 2,2 % суммарного речного стока Земли и, конечно, по-
давляющая часть безвозвратных потерь на хозяйственные нужды
в пределах всех континентов приходится па районы внешнего
стока. Как показали исследования для территории СССР [208],
на всех крупных водосборах, интенсивно используемых в хозяй-
ственном отношении, упомянутые компенсационные факторы прак-
тически уже исчерпаны и дальнейший рост безвозвратных потерь
приведет к соответствующему увеличению суммарного испарения
и снижению стока в замыкающих створах. По-видимому, такая
же картина характерна (или будет иметь место в ближайшей
18 Заказ № 159
273
перспективе) и для других районов Земли с интенсивным исполь-
зованием водных ресурсов. Тем более можно пренебречь влиянием-
компенсационных факторов при расчетах изменений характери-
стик влагооборота па перспективу 15—20 лет.
Второе допущение также не может внести больших погрешно-
стей в расчеты. При использовании воды на нужды промышлен-
ности и сельского хозяйства безвозвратные потери складываются
из двух частей — затрат воды на дополнительное испарение и
объемов воды, входящих в состав готового продукта. При этом
вторая часть пренебрежимо мала по сравнению с первой. При
коммунальном недопотреблении также большую часть безвозврат-
ных потерь (>80 %) составляют потери воды на испарение по
пути ее от источника до потребителя и обратно (см. главу 6).
С другой стороны, в расчетах принимается допущение, спо-
собствующее некоторому занижению получаемого эффекта до-
полнительного стока, а именно при расчетах величин AQ прини-
мается средний многолетний коэффициент стока, в то время, как
коэффициент стока от дополнительных осадков должен быть не-
сколько выше.
Следовательно, приведенные в табл. 9.1 значения в целом
представляются достаточно реальными, особенно если учесть при-
ближенность прогнозных оценок водопотребления по регионам
земного шара на перспективу.
Значения дополнительных осадков и стока весьма значительны
по отношению к водопотрсбленшо на континентах (табл. 9.1). Ин-
тересно рассмотреть, хотя бы в первом приближении, возможные
изменения естественных составляющих влагооборота над конти-
нентами за счет водопотребления на хозяйственные нужды. Такие
оценки выполнены в ГГИ и приведены для каждого континента
в работе [97]. В соответствии с этими данными ожидаемое за
счет водопотребления увеличение средних многолетних осадков
к концу столетия составит для Африки 1 %, Европы и Северной
Америки 2 %. Азии 6 %. При этом по произойдет существенного
изменения режима общей циркуляции атмосферы и скорости пе-
реноса водяного пара. Основная характеристика интенсивности
влагооборота — коэффициент влагооборота 7<пл для континентов
в целом практически не изменится, поскольку стимулирующий
эффект дополнительного испарения проявится в некотором уве-
личении обеих генетических составляющих атмосферных осад-
ков — адвективных и осадков из водяного пара местного проис-
хождения.
Таким образом, рост потребления пресных вод вызовет некото-
рые преобразования в соотношениях между отдельными элемен-
тами водного баланса континентов и крупных регионов, однако
даже в перспективе это вряд ли приведет к сколько-нибудь за»
метпым изменениям глобального климата.
Возможные изменения характеристик влагооборота континен-
тов и регионов вполне поддаются расчету и могут учитываться,
например, при проектировании крупномасштабных водохозяй"
274
ственных мероприятий. Указанные изменения достаточно условны,
малозаметны и, видимо, только специалисты смогут знать о них
и учитывать их в своей деятельности; естественно, они не потре-
буют пересмотра существующих принципиальных концепций
о вероятностном характере колебаний речного стока и водных
ресурсов речных бассейнов, о применении статистических мето-
дов к расчетам гидрологических характеристик.
9.4. Влияние человека на состав атмосферы
и глобальный климат
Наибольшее беспокойство в отношении возможных в перспек-
тиве антропогенных изменений глобального климата и водных
ресурсов вызывают, как показывают исследования климатологов
[5, 32, 35, 60], все усиливающее воздействие человека на состав
атмосферы в результате:
— поступления дополнительного тепла в атмосферу;
— повышения концентрации СО2 в атмосфере;
— поступления в атмосферу малых газовых составляющих
(фреоны, соединения азота и т. п.);
— повышения концентрации атмосферного аэрозоля.
Рассмотрим кратко масштабы и тенденции указанных факто-
ров и их возможное влияние на глобальный климат (а следова-
тельно, и на водные ресурсы) в настоящее время и в перспективе.
При этом отметим, что оба эти аспекта проблемы не являются до-
статочно изученными и однозначными. Среди многочисленных
исследователей в нашей стране и за рубежом имеют место су-
щественно различные представления по этим вопросам, особенно
в отношении оценки роли влияния перечисленных факторов на
климат будущего.
Ниже излагаются наиболее обоснованные и реальные концеп-
ции, которых придерживается большинство современных ученых-
климатологов.
9 .4.1. Поступление дополнительного тепла в атмосферу
Этот фактор хозяйственной деятельности человека и, в частно-
сти развития энергетики, как показывают расчеты, не может за-
метно изменить глобальный климат. В настоящее время произ-
водство тепла человеком составляет в среднем всего 0,006 %
общего количества тепла, поглощаемого системой земля—атмо-
сфера. Такое количество тепла способно повысить среднюю тем-
пературу воздуха примерно на 0,01 °C. В перспективе даже при
увеличении производства энергии в мире в 10—20 раз, повышение
средней глобальной температуры (па 0,2—0,3 °C) вряд ли будет
заметным. Однако, учитывая крайне неравномерное распределе-
ние источников тепла по территории Земли, в очень крупных
городах и промышленных центрах повышение температуры может
18*
275
быть значительно большим. Например, в центральных частях
крупнейших городов мира приток тепла, создаваемого человеком,
в несколько раз превосходит количество энергии, получаемой от
солнца. В меньших городах и развитых промышленных районах
с площадями в дсятки тысяч квадратных километров приток до-
полнительного тепла может составлять 10—100 % притока солнеч-
ной энергии. Основное воздействие тепловых выбросов на климат
может проявляться не влиянием на глобальную температуру,
а, как уже указывалось в п. 9.2, путем воздействия на динамику
атмосферы, на циркуляционный режим, определяющий погоду
хотя и локальных, по достаточно крупных районов. Некоторые
ученые полагают, что воздействие на атмосферу локальными, но
мощными «тепловыми островами» является наиболее реальной
ближайшей перспективой направленного воздействия человека на
погоду и климат отдельных регионов.
9 .4.2. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере
По единодушному мнению климатологов, рост концентрации
СОг является важнейшим антропогенным фактором, способным
оказать наибольшее влияние па глобальный климат, особенно
в перспективе ближайших десятилетий. Углекислый газ почти
прозрачен для коротковолновой солнечной радиации, но значи-
тельно ослабляет длинноволновое излучение, создавая так на-
зываемый парниковый эффект в атмосфере, способствующий
существенному повышению температуры нижнего слоя воздуха.
В связи с этим увеличение углекислого газа в атмосфере Земли
должно приводить к глобальному потеплению. Такое же действие
оказывает повышение концентрации в атмосфере малых газовых
составляющих (фреоны, соединения азота и др.).
В современной атмосфере содержится сравнительно небольшое
количество углекислого газа, равное 2,3-1018 г, что составляет
0,033 % от объема атмосферного воздуха. Изменение концентра-
ции СОг в атмосфере определяется балансом углекислого газа
в природе, который является чрезвычайно сложным и зависит от
множества естественных и антропогенных факторов.
Углеродный цикл. В природе в естественных условиях посто-
янно происходит обмен углекислым газом в результате кругово-
рота углерода в системах: атмосфера—гидросфера, атмосфера—
биота, атмосфера—литосфера; одновременно имеет место обмен
углеродом между биотой, литосферой и гидросферой (рис. 9.3,
заимствованный из работы [32]).
Постоянный обмен углекислым газом осуществляется между
атмосферой и гидросферой, где растворено около 130-1018 г угле-
кислого газа, что составляет 0,01 % массы вод гидросферы. Глав-
ную роль в обмене играет поверхностный 100-метровый слой
океана. В естественных условиях обмен углекислого газа между
атмосферой и гидросферой практически не влияет на концентра-
276
цию С02 в атмосфере, поскольку поглощение СО2 гидросферой
почти точно равно его выделению.
Важнейший элемент расходования атмосферного углекислого
газа — поглощение его зелеными растениями при фотосинтезе, ко-
Рис. 9.3. Схема круговорота углерода па Земле.
торое сопровождается выделением кислорода. Особенно высока
интенсивность поглощения СО2 при фотосинтезе в районах теп-
лового и влажного климата над мощным растительным покровом.
Рис. 9.4. Изменение концен-
трации СО2 в атмосфере по
данным наблюдений на
станции Мауна-Лоа.
/ — средние годовые значения,
2 — на 1/1 1988 г.
Ра(со2) млн
330
320
1980
1970
310 1960
1990е.
В нижних слоях атмосферы замечено значительное повышение
концентраций углекислого газа, при этом прослеживается суточ-
ный и годовой ход (рис. 9.4) концентраций СО2, соответствующий
максимальной и минимальной интенсивности фотосинтеза, имею-
щей место в течение суток и по сезонам года.
Часть поглощенного при фотосинтезе СО2 расходуется при
дыхании растений и при отмирании отдельных компонентов
(листья, ветви), что приводит к частичному возвращению угле-
кислого газа еще в период жизни растений. В результате
277
указанного эффекта суммарный расход СОг составляет обычно
половину — две трети его поглощения при фотосинтезе.
При отмирании растений в результате окисления организмов
,и продуктов их жизнедеятельности углерод снова возвращается
в атмосферу и гидросферу. Скорость круговорота атмосферного
углерода в результате фотосинтеза, создания органического ве-
щества растений, отмирания и окисления его составляет в среднем
примерно 10 лет, цикл этот практически полностью замкнут. Из
общей массы углерода, поглощаемого растениями, только очень
небольшая часть (примерно 0,02 %) переходит в литосферу и
выходит из круговорота.
В состав обмена углекислым газом между атмосферой и био-
той, естественно, входит и круговорот в системе атмосфера — жи-
.вотный мир, по он оказывает очень небольшое влияние на концен-
трацию СО2 в атмосфере, поскольку масса животных составляет
малую долю общего количества живого вещества на Земле.
Значительное количество углерода находится в осадочном слое
земной коры, часть которого взаимодействует с атмосферой. Име-
ется гипотеза, что существенная часть углекислого газа поступает
в атмосферу в результате продолжающейся до настоящего вре-
мени дегазации верхней мантии; большое количество углекислого
газа непосредственно выбрасывается в атмосферу при вулкани-
ческих извержениях, при других сходных процессах, связанных
•с разломами земной коры, а также поступает вместе с горячими
и минеральными источниками. Одновременно с этим существует
несколько форм возвращения углерода из атмосферы в гидро-
сферу и литосферу — главным образом при образовании карбо-
натных пород и путем отложения органического углерода; кроме
того, значительное количество СО2 поглощается па континентах
при реакциях с породами.
Время круговорота углекислого газа в системе атмосфера-
литосфера—гидросфера составляет многие тысячи лет. Следует
•отметить очень важное обстоятельство при обмене углекислым
газом в системе атмосфера—литосфера: скорость расходования
атмосферного углекислого газа непосредственно пе зависит от ско-
рости поступления его в атмосферу. В связи с этим цикл круго-
ворота СО2 в системе атмосфера—литосфера пе замкнут и за
длительный промежуток времени количество углекислого газа
в результате происходящих процессов может увеличиваться или
уменьшаться, воздействуя на климат планеты.
Таким образом, углекислый газ атмосферы участвует одно-
временно в различных по скорости типах круговорота (рис. 9.3):
первый круговорот — быстрый в системах атмосфера—гидро-
сфера и атмосфера—биота;
второй круговорот — медленный в системах атмосфера-
биота—литосоера, атмосфера—литосфера—гидросфера.
Первый круговорот осуществляется с гораздо большей ско-
ростью, по в естественных условиях он мало влияет па концен-
трацию СО2 в атмосфере из-за практически замкнутого цикла.
278
т. е. сколько поступает СОг в атмосферу, столько же и изымается
из атмосферы.
Круговорот второго типа длится десятки тысяч лет, но по-'
скольку он не замкнут, именно в результате его могут возникать
значительные изменения массы СОг в атмосфере в течение дли-
тельных интервалов времени, что, по мнению многих ученых [35],
является одним из важнейших факторов изменения климата пла-
неты в геологическом прошлом.
Однако все это справедливо в условиях естественного круго-
ворота углерода в природе. Деятельность человека может нару-
шить сложившиеся в природе связи, усилить или ослабить есте-
ственные процессы обмена углерода. Учет всех изменений, вно-
симых человеком в естественный углеродный цикл является одной
из важнейших проблем в прогнозировании будущих концентра-
ций СОг в атмосфере, а следовательно, и будущего глобального'
климата.
При этом, что очень важно в практическом плане, деятельность
человека прежде всего воздействует па первый, быстрый тип
круговорота, обусловливая изменения концентраций СО2 в атмо-
сфере и глобального климата за исторически очень короткое
время, в течение жизни одного-двух поколений людей.
В связи с изложенным чрезвычайно важно иметь фактические
данные по динамике концентраций СО2 в атмосфере Земли за
период интенсивной хозяйственной деятельности человека,
поскольку от этого во многом зависит прогноз химического со-
става атмосферы и глобального климата па перспективу.
Данные наблюдений над концентрацией СО2 в атмосфере. От-
дельные данные измерений СО2 в атмосфере начались еще
в прошлом веке, однако они недостаточно надежны из-за малой
точности применяемых приборов. Систематические наблюдения
за СОг в атмосфере Земли с помощью надежных приборов были
начаты только в конце 50-х годов во время проведения Между-
народного геофизического года, когда было принято решение
о создании мониторинга содержания атмосферного углекислого-
газа. В1958 г. были открыты две станции: Мауна-Лоа (Гавайские
острова), расположенная на высоте 3400 м над уровнем моря, и
Южный полюс. В настоящее время действует свыше десятка
станций, ведущих наблюдения за концентрацией СОг. Однако
большинство из них имеет короткие ряды наблюдений. На рис. 9.4
представлены данные наблюдений с 1958 г. на опорной станции
Мауна-Лоа, где очень хорошо виден постоянный рост концентра-
ции СОз в атмосфере. В соответствии с приведенными данными
за 25 лет (с 1958 но 1983 г.) концентрация СО2 возросла
с 0,0315 %, или 315 млн.-1 (по объему от общего количества газа)
до 0,00343 % (343 млн.-1), т. е. на 28 млн.-1, или на 8,9 % *• При-
♦ Практически такая же интенсивность роста концентраций получается по*
данным других станции [32, 48], т. е. представленные данные являются репре-
зеитативнымн для атмосферы Земли в целом.
279
-чем в первую половину периода прирост был примерно раза
в полтора меньше, чем во вторую, т. е. интенсивность прироста
постоянно увеличивалась.
К настоящему времени с применением ряда независимых ме-
тодов достаточно надежно удалось установить [48], что в начале
1880-х годов концентрация СО2 была близка к 285 млн.-1, т. е.
за 100 лет количество СО2 в атмосфере увеличилось более, чем
на 20 %
В чем же причина происшедших столь значительных измене-
ний за относительно очень короткий исторический отрезок вре-
мени? На этот вопрос ответ современных ученых единодушен —
хозяйственная деятельность человека. Причем главную роль
играют два фактора хозяйственной деятельности — вырубка лесов
и преобразование растительного покрова земли и увеличение вы-
бросов СО2 в атмосферу при сжигании топлива.
О роли биоты в изменении концентрации СО2 в атмосфере
Вопрос о количестве углекислого газа, поступающего в атмосферу
в результате воздействия человека на растительный и почвенный
покров до настоящего времени изучен недостаточно, а существу-
ющие количественные оценки довольно разноречивы и имеют
малую точность. По данным Б. Болина [316], использовавшего
данные о ежегодном мировом потреблении древесины, за счет
уничтожения лесов и в результате разрушения почвенного гумуса
в атмосферу в настоящее время поступает примерно 1-Ю15 г угле-
рода в год. По данным Г. Вудвелла [357], в атмосферу посту-
пает 8-1015 г углерода в год. Наиболее детальная оценка дина-
мики поступления СО2 во времени и по регионам Земли приве-
дена в работе Р. Хоутона и др. [328]; эти данные были получены
с использованием специальной модели процесса изменений зем-
ного углерода. Модель позволяет рассчитывать годовые измене-
ния углерода в наземных экосистемах, включая и биоту почвы.
Теоретически модель может содержать 10 географических регио-
нов с 14 типами экосистем. При анализе использовались исход-
ные данные двух типов — экологические и исторические. К эко-
логическим данным относились такие данные, которые описывали
запасы углерода в разных экосистемах, а также изменения в ра-
стительности и в почвенном органическом веществе, имевшие
место после вмешательства человека. Исторические данные дают
информацию об объемах древесины, полученной в лесах, о пло-
щадях сельскохозяйственных полей и пастбищ. Основные резуль-
таты оценок, полученные Р. Хоутоном и др. [328] на модели за
период с 1860 по 1980 г. при различных исходных данных, пред-
ставлены на рис. 9.5. В течение всего промежутка времени для
Земли в целом почти непрерывно увеличивался в атмосферу по-
ток углерода, обусловленный изменениями в растительном и
почвенном покрове. В северных умеренных и бореальных районах
наиболее мощный поток имел место в 1900—1930 гг., а затем он
значительно уменьшился (рис. 9.5, линия <?), что было связано
главным образом с интенсивными рубками для сельского хозяй-
280
ства. В тропических районах все последние десятилетия имеет
место интенсивный поток углерода в атмосферу за счет постоянно
увеличивающегося роста пахотных земель (линия 2).
Полученные, по Хоутону, суммарные для Земли значения по-
тока углерода за счет вырубки лесов и расширения сельскохо-
зяйственных полей существенно зависят от принятых исходных
оценок запаса углерода в растительном покрове (рис. 9.5, ли-
нии 1, 4 и 5). Все три кривые получены при одних и тех же ин-
Рис. 9.5. Динамика годового потока углерода с наземных
экосистем в атмосферу, основанная на значениях биомассы,
полученных но экологическим исследованиям.
/ — для всего земного шара, 2— для Лапшской Америки, iроинчсскоП
Африки, южной и юго-восточной Аши. .7—-для (дшериой Америки,
Европы и СССР, -/ — тоже. но рассчитанная по значениям биомассы,
полученным ио данным ‘РАО и ООН для всею м-мцог«> шара, 5 — дан-
ные расчета при условии, что леса, вырубленные до P.XJO г. имели
большой запас углерода, чем леса, вырубленные нисле 1909 г.» 6 — ди-
намика обрабатываемых шмель в мире.
тснсивностях изменения землепользования, рассчитанных Г. Хоу-
тоном с учетом роста населения. Линия 1 (рис. 9.5) получена при
использованни среднего запаса углерода для тропических лесов
в мировом масштабе по данным разных экологических источни-
ков. Линия 4 построена по данным последних публикаций ФЛО
и других международных организаций. Разница в значениях по-
тока углерода, полученная по указанным оценкам запасов угле-
рода, составила 12 % за 120-летпий период и 20 % годового по-
тока углерода в 1980 г. (рис. 9.5). Ход во времени потока угле-
рода во многом зависит от изменения условий в землепользовании
в разных частях земли; надежные фактические данные, до-
статочно полно характеризующие этот процесс, как правило, от-
сутствуют. Линия 5 (рис. 9.5) показывает, как могут влиять ука-
занные факторы (в явно преувеличенном виде). Опа получена при
предположении, что первичные .тесные массивы вырубались и
‘»М >
использовались под сельскохозяйственное производство только до
1900 г., а все последующие годы лесозаготовки велись в основном
во вторичных лесах, имеющих заметно меньшее содержание угле-
рода. В этом случае общее выделение углерода за 120-летний
период уменьшилось на 12 % и значительная часть этого объема
переместилась в сторону более раннего периода времени.
Таким образом, по расчетам Г. Хоутона и др. [328], за 120 лет
выход углерода в атмосферу за счет вырубки лесов и расширения
сельскохозяйственных площадей составил 160—180-1015 г, в том
Рис. 9.6. Динамика годового
выброса СОг при сжигании
ископаемого топлива и про-
изводства цемента в мире.
числе за последние 20 лет 42—52-1015 г, при этом годовой выход
за последние годы характеризуется значениями 2,1—2,8-1015 г/год.
Несмотря на достаточно детальное изучение проблемы Г. Хоу-
тоном и его коллегами, по мнению Б. Болина, приведенные в ра-
боте [328] выводы имеют довольно значительную погрешность
(30—50 %) и существенно завышены. Как считает Болин, суммар-
ное поступление СО2 в атмосферу в результате преобразования
растительного покрова может быть принято за период 1860
1982 гг. 130+50-Ю15 г, в том числе за 1958—1982 гг. — 40+
±10-1015 г, при этом наиболее правдоподобное значение годо-
ного поступления углерода за последние годы находится на уровне
1,6-1015 г/год и является более или менее постоянным.
Влияние промышленности на концентрацию СО2 в атмосфере.
Главный фактор поступления антропогенного углерода в атмо-
сферу — сжигание угля, нефти и других видов ископаемого топ-
лива, которые дают в настоящее время более 95 % всей энергии,
потребляемой человеком.
По данным, приведенным в работе Р. Манн (Канада) и
Л. Махта (США) [177], годовой выброс СО2 в атмосферу при
сжигании ископаемого топлива и производстве цемента с 1860 по
1977 г. характеризуется значениями, представленными па рис. 9.6.
•282
Осредненный коэффициент прироста выбросов в атмосферу"
СОг в результате сжигания ископаемого топлива и производства
цемента (последняя составляет не более 2 % от первого) в. по-
следние десятилетия составляет 4—5 % в год.
По расчетам Р. Ротти и Г. Марланда, приведенным Б. Воли-
ным на Международном семинаре Университета ООН «Леса, кли-
мат и гидрология — региональное воздействие» (Оксфорд, 26—
30 марта 1984 г.), выброс СО2 в атмосферу при сгорании топлива
в течение двух периодов 1860—1982 и 1958—1982 гг. составлял,
соответственно 173±12-1015 и 96+7-1015 г углерода, при этом
годовые выбросы увеличились с 2,3-1015 г углерода за год
в 1958 г. до 5,0-10 15 г углерода за год в 1982 г., достигнув мак-
симального значения (5,3-1015 г/год) в 1979 г. Поступление угле-
рода в атмосферу в результате промышленного производства
оценено сравнительно точно: (5—7%), в то время как расчеты
прихода углерода вследствие воздействия на растительный покров
и почвы имеют довольно большую погрешность.
О расходовании антропогенного углекислого газа. Для надеж-
ного прогнозирования изменений климата недостаточно иметь
данные о поступлении СО2 в атмосферу в результате деятельности
человека; важнейшей и довольно сложной проблемой является
количественная оценка расходования антропогенного углекислого
газа. Именно по этой проблеме среди ученых все еще имеют место
существенно различные точки зрения, являющиеся одной из основ-
ных причин весьма разноречивых толкований о возможных кли-
матах будущего.
Наиболее важная роль в расходовании антропогенного угле-
кислого газа принадлежит, по-видимому, оксану, в котором
растворено СО2 намного больше, чем в атмосфере. Атмосферные
газы в результате турбулентной диффузии сравнительно легко
проникают в верхний хорошо перемешанный слой океанических
вод, толщина которого составляет около 100 м. Ниже этого слоя
проникновение газов из атмосферы весьма проблематично. По
мнению М. И. Будыко [32], поскольку емкость верхнего хорошо
перемешиваемого слоя океана довольно ограничена, возможность,
поглощения океаном большой части дополнительного антропоген-
ного углекислого газа маловероятна. Видимо, значительную роль
в поглощении углекислого газа океаном играют процессы прони-
кающей конвекции в глубокие слои холодных поверхностных вод
в полярных районах и компенсирующий подъем глубинных вод
в низких широтах.
Значительное количество антропогенного углекислого газа
может усваиваться растениями, биомасса которых при прочих
равных условиях возрастает при увеличении концентрации СО2.
Рост биомассы растений должен сопровождаться и увеличением
массы связанных с ними живых организмов. Например, в иссле-
дованиях С. Килинга и Р. Бакастоу [333] принимается, что при
небольших изменениях концентрации углекислого газа в атмо-
сфере относительный прирост продуктивности растений составляет
283
*0,27 относительного значения изменения концентрации СО2. По
исследованиям Г. В. Менжулина и С. А. Савватеева [184], вы-
полненным с помощью численных моделей фотосинтеза, если
концентрация СО2 возрастет до нескольких десятков процентов
от ее современного значения, то относительный прирост продук-
тивности сельскохозяйственных культур составит 45—59 % соот-
ветствующего относительного прироста концентрации СО2;- указан-
ный вывод относится к растительности, находящейся в условиях
достаточного обеспечения теплом, влагой и минеральными удоб-
рениями. Для менее благоприятных условий зависимость продук-
тивности от роста концентрации СО2 будет более слабой. В связи
с этим выводы указанных авторов в общем согласуются с приве-
денными выше предположениями С. Киллинга и др. Как спра-
ведливо указывает Будыко [32], в ряде районов мира благопри-
ятное влияние роста концентрации СО2 на продуктивность
растений в значительной мере может компенсироваться связанным
с этим ростом ухудшения общих климатических условий. Послед-
нее прежде всего обусловлено тем, что на значительной части
территории северного полушария при потеплении среднее коли-
чество осадков уменьшается, а частота засух увеличивается.
Переходя к общим оценкам баланса поступающего в атмо-
сферу антропогенного углерода, отметим, что многие исследова-
тели по-разному (в количественном плане) оценивают роль в этом
процессе океана и растительного покрова.
По данным Болина [316], из общего прихода углекислого
таза в атмосферу от сжигания топлива (5-Ю15 г углерода в год)
в атмосфере остается 2,5-1015 г, или 50 %; па растворение в водах
океана приходится примерно 1,5-1015 г/год, или 30%. По-види-
мому, остальные 20 % углекислого газа усваиваются органиче-
ским веществом континентов.
В соответствии с отчетом «Энергия и климат» американских
ученых (1977 г.), баланс углерода на Земле за ПО последних лет
представляется следующим образом: в атмосферу поступило
в результате сжигания ископаемого топлива 127-1015 г углерода
и за счет вырубки лесов и обработки почв около 70-1015 г; всего
количество углерода в атмосфере возросло па 72—83-1015 г. Та-
ким образом, из общего поступления углерода в атмосфере оста-
лось примерно 40 %, еще 40 % ушло па увеличение массы кон
тинентальных организмов и продуктов их жизнедеятельности
а 20 % поглотилось океаном [321].
В большинстве исследований, выполненных в последующие
годы, роли океана в поглощении антропогенного углекислого газа
отводится существенно большее место: считается, что океан по-
глощает 40—50 % СО2, выделяемого при сгорании ископаемого
топлива. При этом допускается, что выделение СО2 при воздей-
ствии человека па растительный и почвенный покров в значи-
тельной мере компенсируется его поглощением в связи с ростом
биомассы растений. Например, по данным [312], 40—50 % СОг,
получаемого при сгорании ископаемого топлива, потребляется
284
океаном. В соответствии с материалами совещания ведущих кли-
матологов СССР и США по изучению влияния увеличения коли-
чества углекислого газа в атмосфере на климат (Ленинград, ГГИ,
15—20 июня 1981 г.) [60], за период с 1959 по 1980 г., когда
концентрация углекислого газа в атмосфере возросла, по данным
наблюдений, на 22 млн.-1, выбросы СО2 в атмосферу за счет сжи-
гания ископаемого топлива могли бы вызвать повышение концен-
трации СОг на 39 млн.-1. Таким образом оказалось, что величина
СОг, соответствующая 17 млн.-1, поглощена океаном. Указанное
значение получено путем расчета по моделям углеродного цикла.
Согласно отчету совещания «данные наблюдений и расчеты на
моделях показывают, что биосфера, по крайней мере в течение
рассматриваемого периода не является интенсивным источником
или потребителем антропогенного СОг, т. е. в настоящее время
сжигание ископаемого топлива является основным фактором из-
менения углеродного цикла». К общему выводу о том, что на
современном этапе и в ближайшем будущем в атмосфере оста-
нется не менее 60 % от суммарного промышленного поступления
углерода, приходят почти все авторы, изучающие эту проблему
в последние годы [32, 34]. Указанное значение обычно и при-
нимается при прогнозировании антропогенных изменений гло-
бального климата.
9.4.3. Малые газовые составляющие
Помимо СОг определенное воздействие па химический состав
атмосферы и термический режим могут оказывать и другие газы,
поступающие в атмосферу в результате хозяйственной деятель-
ности человека. Среди этих газов наибольшую роль играют так
называемые фреоны, которые широко используются в холодильной
промышленности и при изготовлении различных красок. При ис-
пользовании веществ, содержащих фреоны, опп в газообразной
форме поступают в атмосферу, сохраняясь там в течении дли-
тельного времени (десятки лет).
Действие фреонов в атмосфере аналогично действию углекис-
лого газа; прозрачные для других длин воли, они интенсивно
поглощают инфракрасное излучение и даже в очень малых кон-
центрациях, способствуя «парниковому» эффекту, могут оказывать
заметное влияние на повышение температуры воздуха у земной
поверхности. В настоящее время концентрация фреонов в атмо-
сфере оценивается в 0,1—0,2-10 9 от объема атмосферы. По дан-
ным, приведенным в работах [32, 60], количество фреонов, состав-
ляющее 2-Ю-9 от объема атмосферы (т. с. примерно в 20 раз
больше современного), может повысить температуру у земной по-
верхности от 0,3 до 1,0°С (по разным источникам). Интенсивность
увеличения концентрации фреонов в атмосфере в настоящее время
составляет несколько процентов в год.
Из других газов существенную роль играют соединения азота,
особенно N2O, которые входят в состав атмосферы и в естествен-
285
пых условиях и дополнительно поступают туда в результате-
хозяйственной деятельности — при сжигании топлива и при при-
менении азотных удобрений. В естественных условиях N2O содер-
жится в атмосфере в количествах около 0,3-10~6 от ее объема. По
материалам, приведенным в работах [32, 60], удвоение массы
N2O в атмосфере в результате парникового эффекта приведет
к повышению приземной температуры воздуха на 0,32—0,72 °C
(по выводам различных исследователей, полученным в конце
70-х — начале 80-х годов).
Существуют и другие газы — СО, СН4 (метан), поступающие
в атмосферу в результате деятельности человека и способствую-
щие парниковому эффекту. В последних исследованиях и обобще-
ниях обычно оценивают суммарную роль влияния на приземную
температуру воздуха всех малых газовых составляющих (МГС),
к которым относят все газы, кроме СО2.
По модельным оценкам, повышение температуры воздуха за
счет МГС составляет от 30 % [325] до 60 % [129] от величины
потепления за счет удвоения концентрации СО2 в атмосфере, т. е.
роль этих газов весьма существенна.
По мнению М. И. Будыко [32], вероятность существенного
изменения климата за счет МГС значительно меньше аналогич-
ной вероятности для углекислого газа, поскольку масса МГС
незначительна и ее изменения (в отличии от роста концентрации
СО2) могут сравнительно легко регулироваться человеком без
крупного ущерба для основных отраслей хозяйственной деятель-
ности. Справедливость приведенных замечаний для будущего не
вызывает сомнений, однако до последнего времени отмечается
интенсивный тренд повышения концентрации МГС в атмосфере-
и, как отмечено в упомянутых выше (см. п. 9.1) рекомендациях
Международной конференции по изменениям климата (Филлах»
Австрия 1985 г.), роль МГС в изменении климата почти настолько*
же важна, как и роль углекислого газа.
9.4.4. О роли атмосферного аэрозоля в изменении климата
Хозяйственная деятельность человека сопровождается поступ-
лением в атмосферу не только газов, по и мелких частиц различ-
ных веществ или аэрозолей, увеличивающих концентрацию в ат-
мосфере аэрозоля естественного происхождения. В соответствии
с имеющимися оценками [32] масса антропогенного аэрозоля,
ежегодно поступающего в атмосферу в современную эпоху, при-
мерно равна 200—400 млн. т, что составляет 10—20 % общего
количества аэрозольных частиц, поступающих в атмосферу. Влия-
ние антропогенного аэрозоля на климат весьма сложно и до на-
стоящего времени недостаточно изучено. Повышение концентра-
ции аэрозоля в стратосфере играет роль экрана, ослабляя по-
ступление на Землю солнечной радиации и способствуя таким
образом понижению температуры воздуха в приземном слое, что
довольно четко проявляется, например, после сильных изверже-
286
ний вулканов. Более сложно воздействие тропосферного аэрозоля,
который может способствовать как повышению, так и понижению
температуры воздуха у земли, что во многом зависит от местных
метеорологических условий и альбедо земной поверхности. На-
пример, по данным К. Я- Кондратьева [136], рост концентрации
тропосферного аэрозоля в 1,5 раза в результате деятельности
человека приведет к потеплению за счет действия механизма
парникового эффекта на 1,7 °C.
Таким образом, для количественной оценки влияния антропо-
генного аэрозоля на климат необходимо знать не только динамику
его поступления в атмосферу, но и характер распространения по
высоте и по территории земли. Очевидно, что хозяйственная дея-
тельность человека способствует увеличению концентрации аэро-
золя в городах, промышленных центрах и в сельскохозяйственных
районах, подверженных ветровой эрозии. Однако, насколько он
распространяется по территории и какая часть его может посту-
пить в верхние слои — в стратосферу — это довольно сложный и
спорный вопрос, требующий дальнейшего изучения. По мнению
большинства специалистов, изучающих указанную проблему, ан-
тропогенный аэрозоль, поступающий в атмосферу в результате
деятельности человека у земной поверхности, практически не до-
стигает стратосферы и, таким образом, стратосферный аэрозоль
главным образом формируется в результате естественных про-
цессов, связанных с вулканической деятельностью.
Существует большое количество исследований по влиянию кон-
центраций аэрозоля на климат (анализ результатов некоторых
из них приведен в работе [32]), выводы которых свидетель-
ствуют о том, что этот вопрос пока еще недостаточно ясен и тре-
бует дальнейшего изучения. Однако уже сейчас можно полагать,
и это следует из многих последних публикаций, что влияние
антропогенного аэрозоля на глобальный климат сравнительно
невелико. Во всяком случае наблюденные за последнее столетие
изменения глобальной температуры воздуха вполне удовлетвори-
тельно объясняются влиянием концентрации СО2 в атмосфере и
изменениями ее прозрачности в результате вулканической дея-
тельности.
В связи с большой чувствительностью климата на состав стра-
тосферного аэрозоля возникает проблема климатических измене-
ний в результате все более интенсивных полетов самолетов па
стратосферных высотах, которые выбрасывают большое количе-
ство продуктов сгорания.
По оценкам М. И. Будыко [32], если к 2000 г. выбросы при
широком применении высотных самолетов достигнут Ю5 т в год
(что вполне реально), то может произойти понижение средней
планетарной температуры воздуха на 0,16°C. Приведенное значе-
ние не столь значительно, тем не менее расчеты показывают, что
имеется вполне реальная возможность существенного изменения
глобального климата путем искусственного повышения концен-
трации аэрозоля в стратосфере. Однако при этом очень трудно
287
предсказать, какие конкретно будут изменения климатических
характеристик в различных регионах Земли.
9.4.5. Влияние концентрации СО2 в атмосфере на современный климат
Как известно, инструментальные метеорологические наблюде-
ния в различных пунктах Земли ведутся вот уже почти 200 лет,
при этом за последние 100 лет имеются достаточно надежные
осредненные климатические характеристики, прежде всего тем-
пература воздуха, для всего северного полушария (рис. 9.2). Как
же отразилось изменение химического состава атмосферы, и
прежде всего повышение концентрации СОг, на изменениях гло-
бальной температуры воздуха? Выяснить этот вопрос чрезвычайно
сложно, так как па колебания температуры действуют самые
различные естественные и антропогенные факторы. В последние
годы рядом исследователей в нашей стране и за рубежом неод-
нократно предпринимались попытки с использованием данных
наблюдений и различных методических приемов выявить роль от-
дельных факторов и, в частности, роста концентрации СО2 в из-
менении глобальной температуры воздуха. В этих исследованиях
обычно предполагалось, что изменения температуры воздуха
обусловлены следующими основными факторами: изменением
радиационных потоков тепла из-за замутнепности атмосферы;
ростом концентрации СО2; колебаниями солнечной постоянной.
Полученные результаты были существенно различными. Еще
в 70-е годы М. И. Будыко [30, 31] высказал предположение и
при некоторых допущениях получил, что примерно на несколько
десятых градуса выразилась роль концентрации СО2 в повыше-
нии температуры северного полушария. Одновременно была отме-
чена необходимость обязательного учета колебаний прозрачности
атмосферы при эмпирических оценках влияния роста концентра-
ции СО2 па климат. Указанное обстоятельство было учтено в по-
следующих исследованиях К. Я. Винникова и П. Я- Гройсмана
[53], которые в качестве основных факторов температуры воздуха
северного полушария приняли: колебания прозрачности атмо-
сферы, связанные с вулканической деятельностью, и антропоген-
ный рост содержания СО2 в атмосфере. Выполненные ими рас-
четы показали, что с 1883 по 1977 г. в результате роста концен-
трации СО2 произошло повышение средней приземной темпера-
туры воздуха в северном полушарии примерно на 0,4—0,6 °C.
С другой стороны, полученные практически одновременно, выводы
Р. Брайсона (США) [60] находятся в противоречии с приведен-
ными выше данными ГГИ. Используя материалы по динамике
замутненности атмосферы, Р. Брайсон пришел к заключению, что
все изменения температуры северного полушария с 1920 по 1977 г.
могут быть отнесены исключительно за счет колебаний прозрач-
ности атмосферы; т. е. потепление за счет СО2 не обнаруживается.
Новейшие наиболее полные и надежные эмпирические данные
об изменении осредненной температуры приземного воздуха се*
288
верного полушария, полученные в самые последние годы англий-
скими, американскими и советскими климатологами [55, 332],
указывают на происходивший в течение последнего столетия про-
цесс потепления северного полушария. Путем анализа линейного
тренда установлено, что с 1881 по 1984 г. средняя температура
воздуха северного полушария повысилась примерно на 0,5 °C.
Оценки для южного полушария [331] аналогичны, хотя и
имеют существенно меньшую точность: потепление в зоне 0—
60 °C ю. ш. за 1881—1984 гг. примерно также составляет 0,5 °C.
По выводам, полученным в СССР [55], имеем несколько мепь-
шее значение потепления. По последним данным американских
климатологов, средняя глобальная температура в 1987 г. была
самой высокой за весь период инструментальных наблюдений.
Полученные эмпирические данные полностью подтверждаются
теоретическими оценками ожидаемых за столетний период измене-
ний средней глобальной температуры воздуха в результате роста
содержания СО2 в атмосфере, которые оказались равными
0,56 °C при средней квадратической погрешности этой величины
0,17 °C [36].
Приведенные эмпирические данные и теоретические оценки
безусловно свидетельствуют о решающей роли роста концентра-
ции СО2 в атмосфере на потепление глобального климата. При
этом в одной из своих последних работ климатологи ГГИ пока-
зывают [36], что для обнаружения влияния СО2 в атмосфере на
температуру воздуха в настоящее время пет необходимости учи-
тывать изменения температуры, обусловленные колебаниями про-
зрачности атмосферы (ранее это считалось обязательным [31, 32,
53]). Сравнение теоретической и эмпирической оценок изменений
температуры воздуха за период 1881 —1984 гг., учитывая их до-
статочно высокую точность, позволяет с очень большой вероят-
ностью считать, что происшедшее за этот период глобальное по-
тепление (на 0,5°C) является следствием увеличения концентрации
СО2 в атмосфере в результате деятельности человека.
9.4.6. О влиянии антропогенных изменений климата на водные ресурсы
С точки зрения изучения водных ресурсов и водообеспечен-
ности, проектирования крупных водохозяйственных мероприятий
важнейшее практическое значение имеет проблема влияния
антропогенных изменений климата на водные ресурсы и гидроло-
гический режим. Решение этой проблемы связано с большими
трудностями, обусловленными необходимостью количественной
оценки изменений общей циркуляции атмосферы и региональных
климатических характеристик, что пока не удается сделать с до-
статочной надежностью.
К настоящему времени в ГГИ В. И. Поляком и Н. А. Сперан-
ской [54] сделана попытка оценки изменений годового стока рек
при повышении глобальной температуры воздуха на 0,5 °C по от-
ношению к средней, температуре последнего столетия, используя
19 Заказ N? 159
материалы гидрометеорологических наблюдений. Для исследова-
ния были использованы реки, имеющие длительные ряды наблю-
дений, не нарушенные хозяйственной деятельностью на водосбо-
рах или восстановленные с учетом антропогенных факторов. Ис-
следования выполнялись путем отыскания линейной' связи между
годовым стоком и температурой воздуха. Для проверки правиль-
ности выводов, полученных при анализе рядов стока, была ис-
пользована эмпирическая модель изменения годовых сумм
осадков. Количественные оценки получены для 33 створов на
17 реках СССР, расположенных в основном в зонах достаточного
и избыточного увлажнения.
Результаты выполненного анализа позволили сделать некото-
рые предварительные выводы о вероятных изменениях годового
стока, обусловленных изменениями климата при потеплении се-
верного полушария на 0,5 °C по сравнению с климатом послед-
него столетия [54]:
— сток рек Центрального и Волго-Вятского районов европей-
ской части СССР уменьшается на 10—20 %;
— сток р. Оби в верхнем течении возрастает на 2,7 %;
— сток р. Енисея в верховье возрастает на 7—10%;
— сток р. Амура увеличивается на 5—20 % при наибольших
изменениях в среднем течении.
Приведенные выводы, относящиеся во времени к стоку рек
во второй половине 80-х годов, являются сугубо ориентировоч-
ными и, на наш взгляд, несколько завышенными, особенно в отно-
шении максимальных значений. Видимо, это обусловлено обычно-
имеющей место довольно низкой корреляцией годового стока рек
от годовой температуры воздуха.
В самое последнее время в ГГИ были выполнены более-
детальные расчеты изменения среднего годового климатического
стока для территории СССР при повышении средней глобальной
температуры воздуха на 0,5 °C. Результаты расчетов, выполнен-
ные Н. А. Лемешко путем использования с некоторыми дополне-
ниями комплексного метода определения испарения с суши, пред-
ставлены в работе [5]. Приведенные данные в общем неплохо
согласуются с выводами, полученными путем анализа гидрометео-
рологических рядов наблюдении; на карте довольно четко просле-
живается зона особенно значительного уменьшения стока (па
10—20 %) —центральные районы (бассейны рек Днестра, Днепра,
Дона, Волги)—и зона повышенного (на 7—10%) стока — север
ЕЧС, западной и средней Сибири (бассейны рек Северной Двины,
Печоры, Оби и Енисея). Указанные области очень тесно связаны
с зонами уменьшения и увеличения осадков.
Естественно, что представленные выше данные об изменениях
годового стока являются ориентировочными и нуждаются в до-
полнительных уточнениях с применением более надежных исход-
ных данных по региональном климату и методов расчета, тем не
менее они убедительно показывают, что при перспективных оцен-
ках водных ресурсов необходимо учитывать не только влияние
290
хозяйственной деятельности на водосборах, но и прогнозируемые
антропогенные изменения глобального климата.
9.5. Прогнозы антропогенных изменений климата
и водные ресурсы будущего
9.5.1. Общая схема прогноза
Как следует из приведенного выше анализа, главными факто-
рами хозяйственной деятельности, способными оказать наиболь-
шее влияние на глобальный климат, являются повышение кон-
центраций в атмосфере углекислого газа и МГС (в меньшей
степени). Выбросы в атмосферу в ходе человеческой деятельности
дополнительного тепла и аэрозольных частиц не могут быть
сколько-нибудь существенными факторами, определяющими буду-
щий глобальный климат (если, конечно, не произойдет ядерный
конфликт, способный привести к глобальной климатической ка-
тастрофе [37]).
Изменению концентрации СО2 в атмосфере в современных
условиях способствуют два главных антропогенных фактора —
сжигание ископаемого топлива и преобразование растительного
и почвенного покрова Земли.
Второй фактор, хотя по мнению многих исследователей и мог
играть заметную роль в изменении концентрации СО2 в атмосфере
за последние 120 лет, однако в последнее десятилетие его роль
существенно уменьшилась и, имея в виду тенденции развития
(рис. 9.5), можно полагать, что будет уменьшаться и в перспек-
тиве. Учитывая также, что действие второго фактора в значи-
тельной степени компенсируется возможным увеличением про-
дуктивности растений при росте концентрации СОг, нетрудно
понять, почему антропогенные изменения в растительном покрове
земли мало сказываются на результатах прогнозирования буду-
щего глобального климата.
Исходя из изложенного в настоящее время используется сле-
дующая общая схема прогнозирования на перспективу климати-
ческой ситуации и водных ресурсов:
1) прогнозируется развитие энергетики на ископаемом топливе
и рассчитываются выбросы СО2 в атмосферу;
2) оценивается концентрация СОг в атмосфере на основе ана-
лиза процессов углеродного цикла;
3) по концентрации СО2 рассчитывается увеличение средней
глобальной температуры воздуха, при этом принимается, что уве-
личение концентрации МГС усиливает воздействие СО2 на тем-
пературу;
4) по увеличению глобальной температуры оценивают возмож-
ные региональные изменения климатических характеристик;
5) на основе изменений регионального климата производится
оценка водных ресурсов будущего и их возможных изменений
под влиянием хозяйственной деятельности на водосборах.
19*
291
Каждый из приведенных этапов представляет собой сложную
самостоятельную научную проблему, требующую для своего ре-
шения применения надежных исходных данных и самых разно-
образных современных методических приемов. При этом, есте-
ственно, точность выводов каждого последующего этапа будет
зависеть не только от принятых предпосылок и использованных
методов, но и в не меньшей мере от надежности выводов пред-
шествующего этапа; т. е. выводы последнего этапа при прочих
равных условиях будут всегда иметь наибольшую погрешность.
Рассмотрим основные результаты, полученные к настоящему
времени по каждому из этапов прогнозирования климата и вод-
ных ресурсов будущего.
* I
9.5.2. Развитие энергетики и прогноз концентрации СО2 в атмосфере
Развитие энергетики в будущем является главным фактором
поступления углекислого газа в атмосферу. При прогнозировании
ближайшего будущего (1990—2000 гг.) мировой энергетики
обычно используют экстраполяционные подходы, основанные на
анализе темпов ее развития за последние десятилетия. Для более
отдаленного будущего экстраполяционный подход не может дать
надежных результатов и здесь необходим тщательный анализ
определенных сценариев развития энергетики. В последние 10 лет
разработано несколько сценариев возможного развития энерге-
тики будущего, среди которых наиболее известны следующие
[48, 60]: отчет национальной академии США «Энергия и климат»
(1977 г.); заключение X Мировой энергетической конференции
(1978 г.), работа Раста, Ротти и ЛАарланда из Института энерге-
тического анализа (1979 г.); исследования Хафеле (1979 г.); ис-
следования Международного института прикладного системного
анализа «Энергия в ограниченном мире» (1980 г.); исследования
Ротти (1981 г.); исследования советских ученых из Института
атомной энергии им. И. В. Курчатова Легасова и Кузьмина (1981
и 1984 гг.).
Прогнозы развития энергетики учитывают рост населения
в мире, тенденции потребления энергии па душу населения, оценку
производства части энергии за счет возобновляемых ресурсов и
ядерного топлива. В настоящее время энергетические потребно-
сти в мире на 95 % удовлетворяются за счет ископаемого топ-
лива, из которого на долю угля приходится 40 °/о, нефти — 45%,
газа—15%; па долю атомной энергии и возобновляемых
источников приходится лишь 5 % от всей выработки энергии.
Современные прогнозные оценки предполагают, что скорость при-
роста энергии, составляющая в последние десятилетия — 4—4,5 /о
в год, в будущем существенно уменьшится; в ближайшие 50
70 лет она не превысит 2—2,5 % в год, т. е. будет меньше, чем
имела место в среднем за 1970—1980 гг. В прогнозах обычно
тщательно анализируется возможность и масштабы использова-
ния возобновляемых видов энергии (гидроэнергетика, морские
292
приливы, тепло Земли, энергия Солнца, ветра) и ядерной энер-
гии. Все авторы приходят, в частности, к выводу о вспомогатель-
ной роли возобновленных источников энергии даже в весьма от- ’
даленном будущем (~10—15%). В качестве основной альтерна-
тивы органическому топливу признается ядерное, причем ядерной
и термоядерной энергетике отводится ведущая роль в очень от-
даленной перспективе (после 2100 г.).
Один из наиболее обоснованных прогнозов развития мировой
энергетики Легасова и Кузьмина (1981 г.) характеризуется, на-
пример, следующими основными показателями:
Рис. 9.7. Скорость промышленных выбросов СО2 в атмосферу (п) (Гт/год)
и полный выброс к данному году (б) (Гт) по различным сценариям
развития энергетики будущего.
/ — по Ротти [348], 2 — по Хафеле [324], 3 — по Легасову и Кузьмину [167], верхний
вариант, 4 — то же нижний вариант.
1) с 1975 по 2000 г. суммарная энергетическая мощность-уве-
личится в 3 раза;
2) с 2000 по 2025 г. произойдет удвоение суммарной энерге-
тической мощности по сравнению с уровнем 2000 г., при этом
годовое потребление будет составлять 50—60 ТВт;
3) приведенное развитие энергетики приведет к утроению по-
требления условного топлива с 1975 по 2000 г. и удвоению
с 2000 по 2025 г.
В зависимости от принятых прогнозов энергетики следует
ожидать и различных выбросов СО2 в атмосферу. В соответствии
с выполненными различными авторами расчетами, результаты
которых приводятся и анализируются, в частности в работах
[34, 48, 60], изменение интенсивности промышленных выбросов
СО2 в атмосферу на ближайшие десятилетия характеризуется
данными, представленными па рис. 9.7. Динамика интенсивности
выбросов в очень большой степени зависит от принятых исходных
предпосылок прогнозирования энергетики и имеет очень большой
разброс, особенно в отдаленной перспективе (рис. 9.7 а). Однако
полное значение выброса к данному году имеет небольшой раз-
293
брос, особенно на ближайшие 50—70 лет, представляющие наи-
больший практический интерес при прогнозировании.
По данным Э. К. Бютпер [48], большинство других имеющихся
в литературе прогнозов развития мировой энергетики дают функ-
ции изменения интенсивности выбросов СО2, укладывающиеся
между крайними кривыми, представленными на рис. 9.7. При по-
лученных значениях выбросов СО2 на перспективу с некоторыми
допущениями можно рассчитать концентрации углекислого газа
в атмосфере, что является весьма нелегкой задачей, учитывая
сложный цикл углерода в природе и недостаточно изученные в ко-
личественном отношении воздействия человека на установившиеся
связи в этом цикле. Расчеты выполняются с использованием мо-
делей углеродного цикла с учетом газообмена с верхним квази-
однородным слоем и приближенно с более глубокими слоями
океана и для различных вариантов изменения континентальной
биомассы (живой и почвенного гумуса).
Расчеты, выполненные для четырех вариантов сценария раз-
вития энергетики на перспективу и соответствующих выбросов
СО2 в атмосферу, представленных па рис. 9.7, показали, что зна-
чения концентраций углекислого газа на период до 2050 г. до-
вольно близки:
Год..................
СО2 млн.-1 . . . .
1959 1980
315 337
1990
360 + 6
2000
394 + 9
2050
700 + 100
Значение остающейся к 2050 г. в атмосфере доли СО2 промыш-
ленного производства получается близким по всем расчетным
вариантам—около 60 %. Среднее значение концентрации СО2 на
2050 г. по всем сценариям и всем вариантам модели углеродного
цикла оказалось близким к 700 млн.-1. Разброс данных за счет
различных принятых сценариев развития энергетики составляет
±80 млн.-1; погрешность за счет выбора параметров модели,
включая варианты возможных изменений биомассы, составляет
±50 млн.-1; суммарная погрешность результата оценки равна
±100 млн.-1 [21, 60]. Следует отметить, что полученные прогноз-
ные значения концентраций оказались довольно близкими к зна-
чениям, которые прогнозировались еще в 1973—1977 гг. Махта,
Килингом, Бекестоу, Будыко и Винниковым и другими авторами
[31, 333, 337]. Приведенные прогнозные оценки, полученные
в 1981 г., очень хорошо подтверждаются данными фактических
наблюдений за концентрацией СО2 в атмосфере Земли в послед-
ние годы.
9.5.3. Прогноз изменений глобального и регионального климата
Предположение, что хозяйственная деятельность человека,
увеличивая концентрацию СО2 в атмосфере, приведет к глобаль-
ному потеплению, было высказано Г. Коллендером еще в 1938 г.
[318]; по данным этого автора, удвоение количества углекислого
294
газа в атмосфере повышает температуру воздуха на 2 °C. Более
детальное исследование Манабе и Везерольда (1967 г.) [5, 32,
-339] показало, что для средних условий облачности удвоение
концентрации СО2 увеличивает температуру у земной поверхности
на 2,4 °C. В более поздней своей работе [339] (1975 г.) эти же
авторы, используя модель общей циркуляции атмосферы, пришли
к выводу, что увеличение концентрации углекислого газа в 2 раза
повышает среднюю температуру у земной поверхности на 2,9 °C.
Аналогичные значения были получены и другими авторами с ис-
лользованием разных методических подходов, выводы их близки —
удвоение концентрации углекислого газа по сравнению с доинду-
стриальной эпохой приведет к повышению средней температуры
воздуха примерно на 3 °C [32, 34, 35].
Для прогноза изменения климата на перспективу при заданных
концентрациях СО2 в атмосфере обычно используют несколько
методических подходов:
1) путем численных экспериментов на динамических моделях
общей циркуляции атмосферы;
2) путем расчетов на полуэмпнрических моделях энергетиче-
ского баланса и радиационно-конвективных моделях;
3) по палеоклиматическим данным.
Первый подход наиболее перспективный для оценок изменений
не только глобального, но и региональных климатических харак-
теристик. Он требует разработки очень детальных, хорошо про-
веренных моделей, учитывающих самые различные физические
процессы с их обратными связями, большого количества исход-
ной информации, очень мощных ЭВМ.
С использованием упрощенных полуэмпнрических моделей
можно оцепить глобальную температуру воздуха, ее зональное
распределение, изменение температуры, вызванное концентрацией
СО2 и малых газовых составляющих атмосферы; с их помощью
можно оценить значение основных климатообразующих факторов
и обратных связей. Как показал опыт исследований климатоло-
гов ГГИ, особенно эффективно для прогнозирования изменений
климата совместное использование полуэмпнрических моделей и
лалеоклиматичсских данных.
Основная идея использования палсоклиматических данных для
прогнозов будущего климата заключается в том, что в прошлом
Земли отыскиваются периоды, которые по концентрации СО2
в атмосфере были близки к концентрациям, прогнозируемым на
перспективу, и климатические данные этого периода используются
для описания будущего климата. Например, в качестве аналога
климатических условий весьма отдаленной перспективы (2050 г.)
часто используют период климатического оптимума плиоцена, ко-
торый был несколько мииллионов лет назад. Это был умеренно
теплый период со средними температурами воздуха на 3—4 °C
выше современных; концентрация СО2' в атмосфере тогда была
близка к значениям 700—1000 млн.*1. Для указанного периода
имеются довольно детальные климатические карты для отдельных
295
регионов Земли, в частности широко известные карты В. М. Си-
ницына [249]. Для условий повышения средней глобальной тем-
пературы воздуха на 1 °C и 1,5 °C по сравнению с современным
климатом, по исследованиям ГГИ, рекомендуется подбирать в ка-
честве палеоклиматических аналогов соответственно климатиче-
ские условия оптимума голоцена 5—6 тыс. лет тому назад и усло-
вия последней межледниковой эпохи (Микулинское межледни-
ковье) 125 тыс. лет тому назад.
Первый научно обоснованный прогноз па ближайшее столетие
изменения средней глобальной температуры воздуха за счет уве-
личения в атмосфере углекислого газа антропогенного происхож-
дения был дан в начале 70-х годов М. И. Будыко [29] на основе
использования полуэмпирической теории климата. Было показано,
в частности, что в ближайшие десятилетия средняя температура
у земной поверхности будет повышаться на 0,2 °C за десять лет
при более значительном потеплении в средних и высоких широ-
тах; к 2000 г. повышение должно составить около 0,8 °C,
к 2025 г.— 1,5 °C и к 2050 г. — 2 °C. В середине 70-х годов вывод
о наиболее вероятном глобальном потеплении антропогенного
характера был поддержан в работах Брокера и Болина [315,317].
В частности, в работе Болина сделан вывод, что значительное из-
менение климата за счет СОг, которое возможно произойдет в те-
чение 50 лет, представляет собой факт исключительной важно-
сти. В работе М. И. Будыко и К. Я. Винникова [31] приведено
значение наиболее вероятного глобального антропогенного потеп-
ления к 2000 г., равное 0,6±0,2 °C по сравнению с периодом
1981 —1985 гг. Однако следует отметить, что до начала 80-х го-
дов далеко нс многие климатологи мира придерживались указан-
ной точки зрения и верили в реальность прогнозирования столь
значительного потепления климата за счет увеличения концентра-
ции углекислого газа в атмосфере. Даже, пожалуй, наоборот,
большинство климатологов в то время считали более вероятным
некоторое похолодание климата планеты. Во всяком случае еще
в 1979 г. в выводах Всемирной конференции по климату [74]
указывалось на огромную важность проблемы и необходимость
изучения влияния человека на климат, вместе с тем отмечалось,
что в настоящее время (1979 г.) паука нс в состоянии однозначно
дать ответ, ожидает ли человечество в ближайшие десятилетия
потепление или похолодание климата.
В 1981 г. группа ведущих советских климатологов, занимаю-
щихся проблемой антропогенных изменений климата, подводя
итоги ci " *
бальной
данные:
к 2000 г., на 1,8 °C к 2025 г. и на 2,8 °C к 2050 г.
Важным шагом в решении проблемы прогнозирования глобаль-
ного климата, в международном признании и осознании наиболее
вероятной концепции глобального потепления в ближайшем бу-
дущем были итоги советско-американского совещания климаголо-
оих исследовании, опубликовала прогноз изменении
температуры воздуха [33], который содержал следующие
повышение средней температуры воздуха на 0,9 С
296
гов по изучению влияния увеличения СО2 в атмосфере па климат
(Ленинград, июнь 1981 г.), В работе [60], исходя из наиболее
вероятных сценариев роста концентрации СО2 в атмосфере, при-
ведены следующие возможные изменения средней глобальной
температуры воздуха у земной поверхности по сравнению с кли-
матом конца XIX в.:
ь г
Год................... 2000 2025 2050
Т °C................... 1—2 2—3 3—5
Прогноз основан на оценке совместного эффекта СО2 и других
газов, создающих парниковый эффект с учетом термической инер-
ции климатической системы. Нижние пределы приведенных про-
гнозных оценок относятся к случаю максимального влияния тер-
мической инерции системы атмосфера — океан и при предполо-
жении, что малые газовые составляющие увеличивают повышение
температуры воздуха за счет роста СО2 па 30 %• Верхние пре-
делы получены при вероятном минимуме влияния термической
инерции и при условии, что малые газовые составляющие увели-
чивают эффект влияния СО2 на 60 %.
iB 1985 г. на Международной конференции в Филлахе (Авст-
рия) за основу был принят прогноз, полученный по новейшим
расчетам на климатических моделях общей циркуляции атмо-
сферы, по которому глобальное потепление, соответствующее-
удвоению концентрации СО2 в атмосфере, будет достигнуто при-,
мерно к 2030 г. и составит 1,5—4,5 °C (с учетом воздействия ма-
лых газовых составляющих).
Самая последняя уточненная прогнозная оценка, отражающая,
современное состояние исследований по этой проблеме в СССР,
была выполнена в конце 1986 г. климатологами ГГИ. По этой
оценке по сравнению с доиндустрпалыюй эпохой средняя темпе-
ратура воздуха за счет концентрации СО2 и малых газовых со-
ставляющих в атмосфере к середине 70-х годов повысилась на
0,5 °C, ко второй половине 80-х годов повышение составит 1,0 °C,,
к 2000 г.— 1,5 °C, к 2025 г. — около 2,5 °C, а к 2050 г. — 3—
4 °C [5].
Указанные выводы являются в настоящее время достаточно-
определенными и в принципе поддерживаются практически всеми
ведущими климатологами; некоторая неопределенность имеется
лишь в отношении сроков, когда будет то или иное значение гло-
бального потепления.
Приведенные выше значения ожидаемых изменений глобаль-
ного климата, как бы надежны они не были, недостаточны даже
Для самых приближенных оценок водных ресурсов будущего. По-
следние могут быть получены лишь на основе количественных
оценок возможных региональных изменений климатических усло-
вий, которые, к сожалению, до настоящего времени являются су-
щественно менее надежными даже для самых крупных регионов
и речных бассейнов.
297
Для прогнозных оценок изменений регионального климата
наиболее широко используются динамические модели общей цир-
куляции атмосферы и материалы палсоклиматических реконструк-
ций климатических условий для более теплых эпох прошлого. Еще
при самых первых прогнозных оценках глобального потепления
авторы прогнозов отмечали, что потепление не будет равномер-
ным, особенно значительным оно будет в средних и высоких ши-
ротах.
Так, в соответствии с исследованиями Будыко [30], осно-
ванными на применении полуэмпирической теории термического
режима атмосферы, изменения температуры воздуха в зоне 60—
90° примерно в 2,5 раза превосходят ее среднее изменение для
земного шара; аналогичные выводы следуют из упомянутой выше
работы Манабе и Везерольда.
В 1976 г. Шнайдер отмечал [326], что при повышении сред-
ней глобальной температуры на 1 °C температура у полюсов
может повыситься на 5 °C.
Первая наиболее подробная характеристика региональных
климатических условий на конец XX и первую четверть XXI сто-
летия была дана сотрудниками ГГИ в конце 70-х годов для тер-
ритории СССР [32, 52]. Исследования были выполнены с исполь-
зованием эмпирической модели современных изменений климата
но данным наблюдений мировой метеорологической сети, расче-
тов по теории климата и палеоклиматических материалов. Со-
гласно этим прогнозам при увеличении средней температуры
.воздуха северного полушария на 0,5 °C (примерно к 1990 г.) наи-
более существенные изменения температуры воздуха будут иметь
место зимой в Арктике, где она возрастет на 2—2,5 °C. Увеличе-
ние температуры воздуха на всех широтах летом и в низких
широтах во все сезоны года будет составлять 0,2—0,8 °C. В ре-
зультате повышения температуры увеличатся периоды с положи-
тельными температурами воздуха и продолжительность вегетаци-
онного сезона; термические зоны, характеризуемые условиями
вегетационного сезона, сдвинутся к северу в 1990 г. на 1—3° ши-
роты, в 2025 г. — на 10—15° по сравнению с современными усло-
виями.
Для оценки изменений режима осадков к 1990 г. использованы
эмпирические связи сезонных и годовых сумм осадков на терри-
тории СССР с процессами глобального потепления и похолода-
ния; полученные карты показывают [52], что глобальное потеп-
ление на 0,5 °C приведет к существенному уменьшению зимних
осадков на значительной части степной и лесостепной зон СССР
(кроме территории УССР, где осадки должны заметно увели-
читься, особенно в южной части), причем в ряде районов Казах-
стана и юга Западной Сибири понижение зимних осадков прогно-
зировалось до 30 % их нормы. Хотя средние годовые суммы осад-
ков изменятся меньше, чем за зимний сезон, тем не менее в ряде
районов они составят 10—15 %, при этом частота засух должна
возрасти.
298
Для оценки изменения осадков на уровень 2025 г. использо-
ваны в качестве палеоклиматического аналога климатические
условия оптимума плиоцена, для которых имеются карты клима-
тических характеристик, построенные В. М. Синицыным. Если
ориентироваться на указанные материалы, то в 20-х годах XXI в.
следует ожидать увеличения осадков в современной тундровой
зоне на 500—600 мм; южнее до линии Рига—Целиноград количе-
ство осадков увеличится на 200—400 мм. К югу от этой линии
суммы осадков изменятся незначительно. Естественно, что при та-
ких осадках неизбежно резкое увеличение годового стока в север-
ных районах европейской. части СССР и Западной Сибири (до
200—300 мм) при практической неизменности его в центральных и
южных районах страны, что и следует из карт испаряемости и го-
дового стока рек, построенных для 20-х годов XXI столетия и при-
веденных в работах [32, 33]. Следует отметить, что приведенные
данные об изменении годовых осадков и стока в XXI в., основан-
ные на непосредственном использовании палеоклиматических дан-
ных, имевших место миллионы лет назад, являются-сугубо ориен-
тировочными и, по-видимому, в лучшем случае лишь качественно
отражают более или менее реальную картину возможных в пер-
спективе изменений осадков и стока по территории СССР. Авторы
разработок, видимо, сами довольно хорошо осознавали это; во
всяком случае несколькими годами позже (па совместном совет-
ско-американском совещании климатологов в 1981 г. в г. Ленин-
граде) ими были даны прогнозы региональных изменений клима-
тических характеристик, в которых возможные в XXI в. антропо-
генные изменения осадков по территории СССР имели значи-
тельно более умеренные значения [60].
В табл. 9.2 представлены возможные значения изменений
средней широтной температуры приземного слоя воздуха и сумм
годовых осадков при повышении глобальной температуры воздуха
на 3 °C (где-то к 2025—2040 гг.), полученные в ГГИ по палео-
климатическим данным и по расчетам па наиболее совершенных
моделях общей циркуляции атмосферы [340].
Приведенные данные свидетельствуют об очень хорошем соот-
ветствии предполагаемых в перспективе изменений температуры
воздуха и осадков по шпротным зонам северного полушария, по-
лученным по моделям общей циркуляции атмосферы и по палео-
климатическим данным: через 40—50 лет можно ожидать повы-
шения годовой температуры воздуха в центральных и северных
районах европейской части СССР (50—70° с. ш.) па 4—6°С и
увеличения суммы годовых осадков на 80—100 мм (на 10—15 %).
Таким образом, по сравнению с выводами ГГИ 1978 г. [31—33]
значения возможных изменений годовых осадков прогнозируются
уже для северных районов европейской части СССР в несколько
раз меньшими (в 4—6 раз), а их распределение значительно
более равномерным.
Все это прежде всего свидетельствует о том, что проблема
оценки возможных изменений региональных климатических ха-
299
Таблица 9.2
Изменения средней широтной температуры приземного слоя воздуха (СС)
и средних сумм осадков на континентах (мм/год) при повышении
средней глобальной температуры на 3 °C____________
Северная широта, град
Источник Климатические характеристик и 0-10 ' 10-20 20-30 30-40 43—50 09-0S 60-70 0 со 1 • о 80-90 .
Модель об- щей цирку- ляции атмо- сферы Температура воздуха 1.7 2,0 2,5 3,1 3,8 4,3 5,2 6,8 7,6
Осадки — — 100 140 30 —10 100 90 130 —
Палеокли- Температура воздуха 1,2 1,4 1,6 2,4 4,0 4,6 6,8 7,9 9,5' 4
матические данные Осадки 120 120 20 20 80 90 130 —
рактеристик,. обусловленных ростом концентрации СОг в атмо;
сфере, пока еще очень далека от своего решения, особенно в от-
ношении осадков и общей увлажненности регионов на перспективу
40—50 лет. Указанный вывод в полной мере подтвердили иссле-
дования, выполненные в пашей стране и за рубежом в самые
последние годы.
Детальный анализ результатов применения современных мо-
делей теории климата для получения оценок влияния увеличения
СОг в атмосфере на географическое распределение приземной
температуры воздуха и атмосферных осадков показал [5, 55], что
если для поля температур воздуха результаты применения раз-
личных моделей согласуются хотя бы качественно, то для поля
атмосферных осадков применение моделей не дало сколько-ни-
будь положительных результатов. Это обстоятельство, есте-
ственно, значительно усложняет проблему современной оценки
возможного изменения региональных климатических характеристик
при глобальном потеплении и делает все количественные оценки
этих характеристик мепее надежными. В то же время ряд полу-
ченных в последние годы результатов исследований [5, 55] в об-
щем подтверждает возможности использования для региональных
оценок количественных изменений различных характеристик кли-
мата при глобальном потеплении данных измерений за период
инструментальных метеорологических наблюдений, а также па-
леоклиматических материалов. Указанные данные в основном И
используются в настоящее время для региональных оценок изме-
нений темпреатуры воздуха (среднегодовой, летней и зимней) 11
годовых осадков для районов северного полушария и в перву10
очередь для территории СССР.
300
Однако вопрос использования палсоклиматических аналогов
для оценки климата будущего представляется чрезвычайно слож-
ным. Как известно, потепеления в прошлом происходили при
существенно отличающихся от современной морфометрии и под-
стилающей поверхности Земли и могли быть обусловлены раз-
личными физическими причинами. В связи с этим необходимо
детально изучить характер и устойчивость зависимостей регио-
нальных изменений климата с изменением глобальной температуры
воздуха и оценить влияния на эти зависимости различных фак-
торов. Большую трудность представляет и ограниченная точность
имеющихся данных о пространственном распределении климати-
ческих характеристик для имевших место в прошлом эпох потеп-
лений.
Для оценки надежности использования палсоклиматических
данных для прогнозирования и для выяснения закономерностей
региональных изменений климата при различных значениях гло-
бального потепления в ГГИ под руководством М. И. Будыко были
•оценены возможные изменения зимней и летней температуры
воздуха по широтам при глобальном потеплении на 1 °C, исполь-
зуя для этого все имеющиеся карты, соответствующие четырем
уровням глобального потепления: на 0,5; 1; 1,5; и 3—4 °C, т. е.
данные на всех картах были приведены к стандартному повыше-
нию глобальной температуры на 1 °C. Полученные результаты
оказались довольно близкими между собой, что свидетельствует
о возможном в настоящее время достаточно достоверном прогно-
зировании распределения антропогенных изменений зимней и
летней приземной температуры для северного полушария при-
мерно на уровень 2000 г. Осредпеппые карты изменения зимней
и летней температур воздуха северного полушария при глобаль-
ном потеплении на 1 °C были представлены Будыко и Виннико-
вым на V Всесоюзном гидрологическом съезде, а затем опубли-
кованы в монографии [5]. Уточненные в начале 1988 г. ожидае-
мые изменения температуры воздуха к 2000 г. для зимнего и
летнего сезонов на территории СССР показаны на рис. 9.8 и 9.9.
Полученные данные показывают, что повышение зимней темпера-
туры воздуха будет наиболее существенным (на 2—4°C) в Восточ-
ной Европе и особенно в Центральной и Северной Сибири; в усло-
виях морского климата Западной Европы заметного изменения
температуры зимних месяцев при глобальном потеплении такого
масштаба не произойдет. Летние температуры воздуха более всего
(на 2—3 °C) повысятся в высоких широтах, особенно в Арктике;
в центральных районах европейской части СССР и Сибири повы-
шение будет около 1 °C, а на юге Средней Азии вероятно даже
небольшое снижение летних температур воздуха.
Влияние глобального потепления па режим осадков оказыва-
ется еще более сложным и оценки их менее определенны по срав-
нению с оценками изменении температуры приземного воздуха.
В монографии [5] представлены полученные в 1986—1987 гг.
ориентировочные данные в виде карт возможных изменений
301
осадков при глобальном потеплении на 0,5; 1; 1,5 и 3—4 °C. Наи-
более определенны, детальны и, по-видимому, достаточно досто-
верны для - их, хотя бы приближенного практического использова-
Рис. 9.8. Ожидаемые
туры воздуха к 2000
антропогенные изменения темпера-
г. для зимнего сезона на территории
СССР.
ао о во во too i4p too ®о
Рис 9 9 Ожидаемые антропогенные изменения темпера-
туры воздуха к 2000 г. для летнего сезона на территории
л СССР.
ния, первые две карты, которые относятся соответственно к пе
рноду времени примерно на конец 80-х годов и иа конец текущего
столетия. К 2000 г. следует ожидать две области заметного уве-
личения годовых осадков — север Европы и Азии (« на 50 мм)
и Средняя Азия, часть Казахстана и Дальнего Востока (на
150 мм); иа большей части территории Западной Европы и в рай-
онах средних широт СССР количество осадков уменьшится (при-
302
мерно на 50 мм). Наиболее значительное уменьшение осадков
(на 100—200 мм) следует ожидать на территории Северной Аме-
рики, а увеличение (до 200—300 мм) в Северной Африке. Полу-
ченные данные были использованы в ГГИ для ориентировочных
оценок изменений водных ресурсов на территории СССР на конец
столетия [304].
На более отдаленную перспективу (за пределами 2000 г.), со-
гласно последним исследованиям климатологов ГГИ, можно
ожидать совершенно иной картины изменения осадков при гло-
юо
I2O
Рис. 9.10. Ожидаемые к 2000 г. антропогенные изменения
годовых осадков на территории СССР (в см слоя).
бальном потеплении, что обусловлено, по-видимому, коренной
перестройкой циркуляции атмосферы. Практически на всей тер-
ритории северного полушария наиболее вероятно значительное
увеличение годовых осадков, причем к 2010 г. па всей территории
СССР, включая южные районы, па 50—100 мм, а к середине
следующего столетия на 100—200 мм. Отметим, что указанные
оценки коренным образом даже в качественном отношении отли-
чаются от первых оценок ГГИ в 1978 г. [32]. Однако и настоящие
прогнозы изменения осадков на 2010—2050 гг. сугубо ориентиро-
вочны и схематичны, надежность их представляется пока недоста-
точной для практического использования, в частности при плани-
ровании крупномасштабных мероприятий по водообеспечению на-
родного хозяйства в отдаленной перспективе; необходимы интен-
сивные дополнительные исследования рассматриваемой проблемы,
имеющей важнейшее практическое значение для нашей страны.
В самое последнее время (первая половина 1988 г.) в ГГИ и
в ИГ АН СССР с использованием палеоклиматических данных
получены новые уточненные результаты ожидаемых к 2000 г.
антропогенных изменений осадков для территории СССР
(рис. 9,10); эти данные существенно уточняют материалы, приве-
303
ленные в монографии [5], особенно для южных районов страны.
Как видно на рис. 9.10, в 2000 г. осадки в северных районах
возрастут на 50—100 мм; в центральных районах европейской
части СССР и Западной Сибири количество осадков немного
уменьшится (на 20—30 мм). Значительно улучшатся условия
увлажнения южных районов европейской части СССР и особенно
засушливых равнинных районов Казахстана и Средней Азии, где
годовые осадки возрастут на 100—150 мм.
9.5.4. О водных ресурсах СССР в будущем
Полученные значения ожидаемых в ближайшие десятилетия
антропогенных изменений характеристик глобального и региональ-
ного климата, несмотря на их схематичность, убедительно свиде-
тельствуют, что с ними нельзя не считаться при оценке водных
ресурсов и водообеспеченности в будущем и тем более при дол-
госрочном перспективном планировании крупномасштабных водо-
хозяйственных мероприятий, которые могут функционировать
в следующем столетии.
В ГГИ, ИВП и в ИГ АН СССР начаты комплексные исследо-
вания по изучению водных ресурсов СССР в будущем, однако
уже в настоящее время могут быть сделаны ориентировочные
выводы, характеризующие направленность и масштабы возмож-
ного влияния антропогенных изменений глобального климата на
водные ресурсы крупных речных бассейнов и регионов страны, во
всяком случае на конец текущего столетия. Некоторые, получен-
ные в ГГИ предварительные выводы представлены ниже.
Для приближенной оценки изменений водных ресурсов СССР
на уровень 2000 г. за счет антропогенных изменений климата, как
уже указывалось выше, прежде всего были использованы полу-
ченные в ГГИ весьма схематические карты региональных измене-
ний приземной температуры воздуха и осадков при глобальном
потеплении па 1 °C [5]. На основе указанных картографических
материалов были рассчитаны возможные ориентировочные изме-
нения годовых сумм осадков, среднегодовой и летней температур
воздуха по крупным речным бассейнам, экономическим и адми-
нистративным районам СССР па уровень 2000 г. В соответствии
с полученными данными следует ожидать в различных админи-
стративных областях СССР повышение среднегодовой и летней
температуры воздуха до 1,2 °C, изменения годовых осадков от 15
до 15%, для более крупных экономических районов пределы из-
менений среднегодовой температуры воздуха несколько меньше
[304].
Полученные изменения климатических характеристик были
использованы для приближенных оценок возможных изменении
водных ресурсов СССР на колец текущего столетия.
Даже для самых приближенных оценок водных ресурсов бу-
дущего применительно к отдельным регионам и речным бассей-
нам прежде всего необходимо решить следующие задачи:
304
1) оценить изменение водных ресурсов региона (бассейна),
обусловленное изменением климатических параметров;
2) оценить возможные воздействия человека на водные ре-
сурсы в условиях измененного климата.
Для количественной оценки изменений водных ресурсов под
влиянием антропогенных изменений температуры воздуха и атмо-
сферных осадков в ГГИ использованы два метода: 1) установле-
ние региональных корреляционных зависимостей стока от осадков-
и температуры воздуха; 2) расчеты по уравнениям взаимосвязи
элементов водного баланса.
Первый метод (как показано выше) успешно применен в ГГИ
В. И. Поляком и Н. А. Сперанской; путем статистической оценки
по многолетним рядам наблюдений связи годового стока со сред-
ней температурой воздуха ими был сделан ряд выводов о веро-
ятных изменениях годового стока при потеплении северного полу-
шария на 0,5 °C по сравнению с климатом последнего столетия.
Однако использование его для прогнозов на более отдаленную
перспективу весьма затруднительно. Поэтому для оценки воз-
можных изменений водных ресурсов при ожидаемом глобальном
потеплении на уровень 2000 г. был использован второй метод,
т. е. расчеты по уравнениям взаимосвязи элементов водного ба-
ланса. В качестве последних в ГГИ использованы широко извест-
ная схема расчетов М. И. Будыко [26], а также уравнения, пред--
ложенные В. И. Бабкиным [10]. Возможные изменения в стоке
под влиянием антропогенных изменений климата для территорий
экономических районов и речных бассейнов определялись по раз-
ности расчетных значений стока на уровень 2000 г. и расчетных
норм. Расчеты по уравнениям Будыко и Бабкина дают в общем
близкие результаты, хорошо согласующиеся с выводами, получен-
ными по статистическим зависимостям стока от температуры воз-
духа и осадков.
Результаты расчетов возможных изменений па уровень 2000 г.
местных водных ресурсов экономических районов и водных ресур-
сов основных речных бассейнов СССР (в км3 и в процентах), по-
лученные в ГГИ Бабкиным, приведены в работе [304].
Следует отметить, что полученные значения являются сугубо
ориентировочными, поскольку прежде всего весьма приближенны
исходные ранные рассчитанных изменений температуры воздуха
и атмосферных осадков. Приведенные в работе [304] данные сле-
дует рассматривать как самое первое приближение, показыва-
ющее направленность процессов и порядок значении изменений,
которые могут ожидаться иа территории СССР в ближайшие
15—20 лет. После завершения первого этапа исследований к 1990 г.
приведенные значения будут уточнены.
В соответствии с представленными в работе [304] данными,
к концу столетия следует ожидать заметного . уменьшения (до
—12 %) годового стока практически всех рек европейской части
СССР и некоторого увеличения (до 13 %) стока рек Средней
Азии, Сибири и Дальнего Востока. Близкие значения изменений
20 Заказ № 159
305-
местных водных ресурсов будут иметь место и на территориях
соответствующих экономических районов страны.
Возможные в перспективе антропогенные изменения климата,
естественно, не могут не сказаться на процессах и количественных
оценках влияния хозяйственной деятельности в бассейнах на сток
рек, значения которых приведены, в частности, в главе 8 (см.
табл. 8.1). Причем влияние антропогенных изменений климата на
приведенные значения может сказаться на двух аспектах: 1) могут
измениться долгосрочные планы и масштабы развития хозяй-
ственной деятельности в бассейнах, прежде всего орошаемого
земледелия; 2) изменение климатических условий будет влиять
на испарение, определяющее объемы безвозвратных потерь воды
на хозяйственные нужды.
Первый фактор при оценке на 2000 г., видимо, можно не учи-
тывать, тем более, что приведенные в табл. 8.1 результаты рас-
четов откорректированы по самым последним планам перспек-
тивного развития орошения, разработанным в 1986 г., т. е. можно
условно считать, что в них уже учтены в какой-то мере возмож-
ные климатические изменения глобального характера.
Для решения второго вопроса в ГГИ под руководством
В. Ю. Георгиевского были выполнены специальные исследования
влияния возможных изменений осадков и температуры воздуха
в разных физико-географических условиях на дополнительные
потери на испарение с водохранилищ, на оросительные нормы,
на безвозвратные потери воды при сельскохозяйственном водо-
снабжении, в промышленности и теплоэнергетике. На основе по-
лученных результатов, принимая установленные на конец столе-
тия изменения годовой температуры воздуха и осадков для каж-
дого крупного речного водосбора, представленного в табл. 8.1,
были рассчитаны значения изменений речного стока под влиянием
хозяйственной деятельности с учетом антропогенных изменений
климата. Сравнение этих значений с соответствующими дан-
ными, полученными без учета изменений климата, показало, что
они различаются для всех рассмотренных водосборов в пределах
от 2 до 8%, т- с- очень незначительно, учитывая невысокую точ-
ность такого рода прогнозных оценок па перспективу.
Таким образом, при оценках влияния хозяйственной деятель-
ности па сток рек иа перспективу до конца столетия антропоген-
ные изменения климата, па наш взгляд, можно не учитывать, т. е.
пользоваться данными, приведенными для основных рек СССР
в табл. 8.1. При прогнозах па более отдаленную перспективу ан-
тропогенные изменения климата в обязательном порядке должны
учитываться.
В 1988 г. в ГГИ были получены новые уточненные оценки
возможного влияния антропогенных изменений климата на уро-
вень 2000 г. на водные ресурсы СССР. За исходные данные были
приняты ожидаемые изменения климатических характеристик,
приведенные на рис. 9.8—9.10. Расчеты выполнены по уравнениям
взаимосвязи элементов водного баланса за многолетние периоды
306
и с использованием разработанных в ГГИ в самое последнее
время воднобалансовых моделей формирования стока для средних
водосборов, расположенных в лесостепной и степной зонах бас-
сейна р. Дон. Модели, построенные и откалиброванные по декад-
ным интервалам времени за более чем 50-летний период гидро-
метеорологических наблюдений, использованы для расчетов раз-
личных характеристик стока и влажности почвы при измененных
значениях летней и зимней температуры воздуха и годовых атмо-
сферных осадков.
Выполненные расчеты позволяют сделать следующие общие
выводы:
1. Наиболее неблагоприятные изменения водных ресурсов сле-
дует ожидать в лесостепной и па юге лесной зон европейской
части СССР и Западной Сибири, где при существен ном увеличе-
нии температуры воздуха осадки останутся неизменными или
даже немного уменьшатся. Здесь уменьшение годового стока
малых и средних рек может достигать 10—25 % от нормы, при
этом наиболее вероятно существенное перераспределение стока
внутри года (уменьшение весеннего и летнего, увеличение зимнего
и осеннего стока). В этих же районах произойдет некоторое
уменьшение влажности метрового слоя почвы за вегетационный
период (до 5—15 % нормы).
2. В более южных степных районах в результате заметного
увеличения осадков следует ожидать увеличения годового стока
на 10—20 %. В сухих степных и полупустынных районах наиболее
вероятно увеличение местного стока временных водотоков.
3. В северных районах европейской части СССР и Сибири
следует ожидать увеличения годового стока на 20—40 мм, или
на 10—15 % от нормы.
Анализируя выводы о возможных до конца столетня изменениях
стока рек СССР в результате антропогенных изменений климата,
отметим, что они весьма разноречивы, очень схематичны и к тому
же постоянно меняются в результате продолжающегося уточне-
ния ожидаемых в будущем региональных климатических харак-
теристик. Основная причина этого — имеющая место до настоя-
щего времени высокая степень неопределенности в оценках воз-
можного в будущем количества атмосферных осадков, их распре-
деления во времени и по территории.
Для уточнения и детализации возможных к концу столетия
изменений водных ресурсов необходимо проведение комплексных
исследований, направленных, с одной стороны, на большую де-
тализацию распределения в будущем по территории и во времени
климатических характеристик, и прежде всего осадков, а с дру-
гой— на учет местных физико-географических особенностей кон-
кретных водосборов и характера развития в их пределах хозяй-
ственной деятельности, которые существенно определяют водные
ресурсы и внутригодовой режим речного стока.
На более отдаленную перспективу сделать сколько-нибудь опре-
деленные количественные выводы в отношении распределения
20*
307
водных ресурсов по территории и во времени в настоящее время
вообще не представляется возможным. При более значительном
глобальном потеплении характер географического распределения
годовых сумм осадков, температур воздуха и стока рек может
принципиально измениться. Это неизбежно повлечет за собой пере-
смотр существующих планов развития и размещения основных
потребителей воды, разработки проектов крупных водохозяйствен-
ных мероприятий, в том числе для регулирования и управления
режимом внутренних водоемов страны.
Решение всех этих проблем требует проведения широких ком-
плексных исследований с участием климатологов, гидрологов,
специалистов по водному хозяйству и охране окружающей среды.
9.6. Задачи гидрологических исследований
Антропогенные изменения глобального климата в перспективе
на ближайшие 40—60 лет, соответствующие повышению средней
глобальной температуры воздуха на 3—4 °C, столь значительны
по своим масштабам, особенно для умеренных и высоких широт
северного полушария, что, естественно, не могут не оказать ре-
шающего влияния на весь комплекс природных условий обшир-
ных регионов и целых стран, на условия проживания населения,
структуру и развитие экономики, и прежде всего антропогенного
комплекса.
При повышении глобальной температуры особенно громадное
значение для всего мира может иметь интенсивное таяние льдов
Арктики и Антарктики; влияние этого процесса иа уровни Миро-
вого океана, климат прибрежных районов, характер общей атмо-
сферной циркуляции трудно переоценить. Естественно, что все эти
и множество других проблем, связанных с возможными антропо-
генными изменениями климата, требуют внимательного всесто-
роннего изучения с целью выработки оптимальных стратегических
действий человека для получения наибольшего эффекта или во
всяком случае минимальных негативных последствий.
Для специалистов в области гидрологии и водных ресурсов
будущие климатические изменения имеют самое непосредственное
и первоочередное значение для их деятельности. «Реки — продукт
климата» — это известное изречение крупнейшего русского кли-
матолога А. И. Воейкова еще в конце XIX в. достаточно емко
определило зависимость гидрологических характеристик от кли-
матических факторов.
В случае значительных антропогенных изменений климата
в ближайшие десятилетия, т. е. четко выраженных климатических
трендов перед специалистами по гидрологии и водному хозяйству
уже в настоящее время стоят серьезные научные проблемы в пер-
вую очередь по оценке водных ресурсов регионов и речных бас-
сейнов в будущем, их изменений под влиянием хозяйственной дея-
тельности, водообеспеченности народного хозяйства в перспективе,
территориального перераспределения водных ресурсов страны,
308
расчетов и прогнозов уровенного режима и водно-солевого баланса
крупнейших внутренних водоемов; немалые проблемы возникают
и в изучении гидрологических процессов в новых условиях и осо-
бенно в разработке концепции, общих принципов и стратегии
инженерных гидрологических расчетов при строительном проек-
тировании.
Остановимся подробнее на основных задачах первоочередных
гидрологических исследований, вытекающих из ожидаемых антро-
погенных изменений климата, и на некоторых методических прин-
ципах, которые могут быть использованы при этом.
Изменения климатических параметров (температуры, осадков,
общей увлажненности) тех пли иных обширных территорий
прежде всего приводят к изменению водных ресурсов регионов
и речных бассейнов, их колебаний во времени и в пространстве.
Надежная количественная оценка измененных водных ресурсов
представляет собой непростую задачу — требуется разработка на-
дежно функционирующей модели формирования гидрологического
цикла, откалиброванной для данного региона и опирающейся
в основном на исходные метеорологические параметры, изменения
которых наиболее достоверно могут быть спрогнозированы кли-
матологами для достаточно отдаленной перспективы. В' качестве
таких параметров в настоящее время чаще всего приходится до-
вольствоваться средней годовой температурой воздуха, максималь-
ными и минимальными температурами за летний и зимний пе-
риоды. К сожалению, наименее надежно прогнозируется самая
важная характеристика — сумма осадков, что создает наибольшую
трудность при оценке водных ресурсов будущего, и в результате
такие оценки представляются весьма и весьма ориентировочными.
Модели гидрологического цикла, предназначенные для оценки
водных ресурсов будущего, по-видимому, должны иметь как ми-
нимум месячный интервал времени и предусматривать возмож-
ность количественного учета, влияния па сток комплекса факторов
хозяйственной деятельности, действующих па водосборах (водо-
хранилища и пруды, орошаемые земли, агротехнические меро-
приятия и т. п.).
Надежная оценка водных ресурсов будущего в связи с про-
гнозируемыми в настоящее время антропогенными изменениями
климата имеет громадное значение для решения проблемы пер-
спективного водообеспечения южных районов страны, решения
кардинального вопроса современного водного хозяйства, получив-
шего в последние годы необычайно большое общественное зву-
чание — нужны ли крупномасштабные мероприятия по террито-
риальному перераспределению водных ресурсов страны в прин-
ципе, а если да, то по каким направлениям и вариантам, в каких
масштабах и в какие оптимальные сроки? Эти же вопросы тес-
нейшим образом связаны с проблемами уровенного режима, вод-
ного и солевого балансов наших крупнейших внутренних водое-
мов страны, решения которых прежде всего связываются с при-
влечением части стока северных и сибирских рек.
309
Выводы применительно к переброскам стока, вытекающие из
антропогенных изменений регионального климата, довольно разно-
речивы. Действительно, приведенные выше ориентировочные дан- ?
ные по антропогенному изменению водных ресурсов страны на
уровень 2000 г. в общем свидетельствуют об увеличении дефицита
водных ресурсов в южных районах с наибольшими значениями
водопотребления и о некотором увеличении стока рек Севера
европейской части СССР и Сибири, что казалось бы в полной
мере подтверждает необходимость водоподачи части стока рек
севера на юг. Однако, с другой стороны, если рассматривать более
отдаленную перспективу 2010—2030 гг. (когда, конечно, построен-
ные к концу столетия водохозяйственные сооружения перебросок
стока должны были бы функционировать в полном объеме), то
по данным климатологов к этому периоду наиболее вероятно про-
изойдут кардинальные изменения в распределении общей увлаж-
ненности и водных ресурсов страны и может случиться, что до-
полнительный сток северных рек на юге окажется излишним. Ко-
нечно, пока это еще самые приближенные прикидки, выполнен-
ные на уровне гипотез, но с ними нельзя не считаться, планируя
столь крупномасштабные мероприятия, рассчитанные на весьма
отдаленную перспективу. На наш взгляд, в ближайшие годы
прежде всего учеными должны быть предприняты наибольшие
усилия не на разработку проектных инженерных решений тех или
иных водохозяйственных мероприятий, а на уточнение прогнозов
климата в будущем, на установление их большей надежности и
детальности, ибо в первую очередь от этого зависит принятие
решения по водообеспечению страны в перспективе, о судьбе пере-
бросок стока, о путях регулирования и управления водно-соле-
вого режима внутренних морей. Для уточнения возможных регио-
нальных изменений климата и водных ресурсов регионов, по-ви-
димому, целесообразно использовать все существующие методи-
ческие подходы, в частности не только детальные математические
модели циркуляции атмосферы, полуэмпирические энергетические
модели, па л еоклим этические материалы, но и тщательный анализ
гидрометеорологических данных фактических наблюдений в тех
или иных достаточно крупных регионах мира, где имели место па
протяжении нескольких десятилетий существенные изменения
средней и экстремальной температуры воздуха, обусловленные
естественными циклическими колебаниями климата. Последнему
направлению исследований, на наш взгляд, в настоящее время
уделяется явно недостаточно внимания.
Другой, пожалуй, не менее важный аспект гидрологических
исследований, обусловленный антропогенными изменениями кли-
мата, связан с общей методикой, концепцией гидрологических
расчетов при водохозяйственном проектировании. Во всех отраслях
нашей страны, да и практически во всех странах мира, при про-
ектировании водохозяйственных сооружений и любых объектов
в той или иной мере связанных с водой, исходят, как уже указы-
валось выше, из концепции стационарности гидрометеорологпче-
310
ских рядов, т. е. предполагается, что накопленные в течение мно-
гих десятилетий данные наблюдений будут отражать и гидроме-
теорологические условия предстоящих десятилетий в период дей-
ствия проектируемых сооружений. На этой концепции основаны
и все применяемые обычно на практике методы статистических
расчетов, с помощью которых рассчитываются и объемы сооруже-
ний, и их пропускная способность, и их устойчивость против
экстремальных природных явлений.
В современной ситуации в условиях предстоящих столь значи-
тельных климатических трендов широко применяемая методика
уже не имеет под собой какой-либо научной основы и никак не
может удовлетворять гидрологов и водохозяйственников; т. е.
кардинальным образом должна меняться общая стратегия инже-
нерных гидрологических расчетов при строительном проектиро-
вании— это важнейшая первоочередная проблема, которая сей-
час стоит перед специалистами по расчетам речного стока. Реше-
ние указанной проблемы имеет значительные трудности, тем
более, что глобальное потепление климата представляет собой не-
обычайно сложный процесс и, как свидетельствуют исследования
климатологов [5], может сопровождаться похолоданием в отдель-
ных районах, а также характеризуется большой контрастностью
и аномалиями в изменениях погодных условий в тех или иных
регионах мира, т. е. вместе с устойчивым трендом глобального
потепления, как правило, имеет место увеличение временной и
пространственной изменчивости климатических, а следовательно,
и гидрологических характеристик.
Естественно, в оценке влияния будущих климатических изме-
нений на гидрологические характеристики, как впрочем и на вод-
ные ресурсы, основная роль принадлежит климатологам — на-
сколько надежно и детально они смогут в ближайшие годы
уточнить свои прогнозы применительно к более конкретным сро-
кам и речным бассейнам. Однако, по глубокому убеждению ав-
тора, имея ввиду громадную значимость проблемы и ее большое
воздействие на все смежные науки, уже в настоящее время не-
обходимы совместные усилия ученых разных специальностей,
в частности с широким участием гидрологов для решения принци-
пиальных задач гидрометеорологии в условиях ожидаемых клима-
тических трендов антропогенного характера. Для этого имеется
мировая сеть более чем столетних гидрометеорологических наб-
людений, в которых нетрудно выявить для отдельных районов
довольно длительные тренды естественного характера, имеются
достаточно обширные палеоклиматические материалы, могут быть
разработаны надежные математические модели гидрологического
цикла и формирования водных ресурсов крупных регионов.
Нужно отметить, что развитие в последние годы климатологии
в направлении прогнозирования глобального климата дает без-
условно необходимый стимул перед другими пауками гидрометео-
рологического профиля, создает благоприятные условия для их
интенсивного развития.
311
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авакян А. Б., Салтанкин В. П., Шарапов В. А. Водохрани-
лища.—М.: Мысль, 1987,—323 с.
2. А л е к с е е в Г. А. Объективные методы выравнивания и нормализации
корреляционных связей.— Л.: Гидрометеоиздат, 1971.— 362 с.
3. А л п а т ь е в А. М. Влагообороты в природе и их преобразования.—
Труды ГГИ, 1974, вып. 221, с. 259—266.
4. А н д р е я н о в В. Г. Внутригодовое распределение речного стока.—
Л.: Гидрометеоиздат, 1960.— 327 с.
5. А н т р о п о г ен н ы е изменения климата.— Л.: Гидрометеоиздат, 1987,
с. 406.
6. Аполлов Б. А., Алексеева К. И. Прогноз уровня Каспийского
моря.— Труды Океанографической комиссии АН СССР, 1954, т. 5, с. 63—78.
7. А т к а р с к а я Т. Н., Ш и м е л ь м и ц И. Я. Влияние орошаемого зем-
леделия на водные ресурсы и водный баланс Сырдарьи.— Водные ресурсы, 1973,
№ 6, с. 49—72.
8. Атрох нн В. Г. Лесоводство.— М.: Лесная промышленность, 1976.—
288 с.
9. Бабкин В. И. Метод множественной линейной корреляции и его при-
менение в гидрологических исследованиях.— Сборник работ по гидрологии, 1970,
№ 9, с. 29—39.
10. Бабкин В. И., В о с к р е се н ск и й К. П. и др. Методические основы
расчета водных ресурсов и водного баланса территории СССР.— Труды ГГИ,
1977, вып. 241, с. 11—28.
11. Б а л к о в В. А., М а к с ю т о в а Л. Р. Изменение водности р. Белой
и ее притоков в связи с естественными и антропогенными факторами.— В кн.:
Проблемы изучения, охраны и рац. исп. природных ресурсов Башкирии, Тезисы
докл. Респ. совещ., 4.2 Уфа, 1986, с. 4—6.
12. Басс С. В. Ожидаемые изменения водного баланса бассейна Волги.—
В кн.: Водный баланс СССР и его преобразования. М., 1969, с. 218—232.
13. Басс С. В., Жукова Н. В. Влияние распашки целинных и залеж-
ных земель на сток некоторых рек Казахстана и Западной Сибири.— В кн.:
Водный баланс СССР и его преобразования. М., 1969, с. 233—247.
• 14. Белоцерковская О. А. Гидроклиматический режим осушенных и
неосушенных зон Полесья.— В кн.: Значение болот в биосфере. М., 1980,
с. 112—128.
15. Б е л о ц е р к о в с к и й Л. Б., Софер М. Г. Влияние осушительных
мелиораций на характеристики речного стока в условиях Северо-Запада.
В кн.: Труды 2-й конференции молодых ученых ЛГМИ. Л., 1979, с. 30—35.
16. Богомолов Ю. Г., Р о м а н о в А. В„ У сев ян о в Г. А. Изучение
влияния водоотведения на изменение гидрологических условий под влиянием
мелиорации в западном регионе СССР.— В кн.: Режим, баланс и геохимия
подземных вод Припятского Полесья. Минск, 1983, с. 93—107.
31.2
17. Боженко В. Г. Влияние агролесомелиоративных мероприятий на
сток с водосборов Нижнедевицкой воднобалансовой станции.— Труды ГГИ,
1975, вып. 229, с. 162—169.
18. Б о л ь ш а к о в а Е. В., Пакалн Э. В. Влияние Капчагайского водо-
хранилища на режим и величину стока р. Или.— Труды КазНИИ, 1983,
вып. 80, с. 97—104.
19. Борсук О. Н. Искусственная зарегулированность стока малых рек
европейской части СССР.— Труды ГГИ, 1957, вып. 62, с. 3—23.
20. Б о р т и н Н. Н., 3 а г р и в к о С. Г., Б р о д с к и й А. С. Влияние осу-
шительных мелиораций на характеристики стока рек Сахалина.— В кн.: Вопросы
совершенствования мелиоративных систем Дальнего Востока, вып. 3. М., 1974,
с. 154—155.
21. Б орт ин Н. Н. Влияние осушительных мелиораций на сток и испарение
в условиях Дальнего Востока.— Гидротехника и мелиорация, 1980, №5,
с. 55—58.
22. Б о ч к о в А. П. О влиянии агротехнических и лесомелиоративных меро-
приятии на сток рек лесостепных и степных районов.— Труды ГГИ, 1965,
вып. 127, с. 10—82.
23. Б о ч к о в А. П. Влияние леса и агролесомелиоративных мероприятий
иа водность рек и малых водотоков.— В кн.: Доклады советских ученых на
международном симпозиуме по влиянию леса на внешнюю среду, т. 1. М., 1970,
с. 99—118.
24. Братцев С. А. Влияние вырубок леса на водный баланс территории
Коми АССР.— Труды Коми филиала АН СССР, 1982, № 50, с. 45—57.
25. Б руд а ст о в А. А. Осушение минеральных и болотных земель.— М.:
Сельхозиздат, 1955.— 444 с.
26. Будыко М. И. Испарение в естественных условиях.— Л.: Гидрометео-
издат, 1947.— 136 с.
27. Будыко М. И. и др. Изменение климата в связи с планом преобра-
зования природы засушливых районов СССР.— Л.: Гидрометсоиздат, 1952.—
206 с.
28. Будыко М. И. Тепловой баланс земной поверхности.— Л.: Гидроме-
теоиздат, 1956.— 255 с.
29. Будыко М. И. Влияние человека иа климат.—Л.: Гидрометсоиздат,
1972.—47 с.
30. Будыко М. И. Изменение климата.— Л.: Гидрометеон *дат, 1974.—
280 с.
31. Будыко М. И., Винников К. Я- Глобальное потепление.— Метео-
рология и гидрология, 1976, № 7, с. 16—26.
32. Будыко М. II. Климат в прошлом и будущем.— Л.: Гидрометсоиздат,
1980.— 350 с.
33. Будыко М. 11., Б ют и с р Э. К., В и и н и к о в К. Я-, Г о л и ц ы н Г. С.
Дроздов О. А., Кароль И. Л. Антропогенные изменения глобального
климата.— Метеорология и гидрология, 1981, № 5, с. 5—14.
34. Будыко М. И. Эволюция биосферы.— Л.: Гидрометсоиздат, 1984.—
488 с.
35. Будыко М. И., Ронов А. Б., Яншин А. Л. История атмоферы.—
Л.: Гидрометсоиздат, 1985.— 208 с.
36. Б у д ы к о М. И., Б ю т н с р Э. К., В и н п и к о в К. Я. Обнаружение
антропогенного изменения климата.— Метеорология и гидрология, 1986, № И.
37. Будыко М. И., Голицын Г. С., Израэль JO. А. Глобальные
климатические катастрофы.—Л.: Гидрометсоиздат, 1986.—158 с.
38. Булавко А. Г. Водный баланс речных водосборов.— Л.: Гидромстео-
издат, 1971»—304 с.
313
39. Бул а в к о Л. Г. Состояние и перспективы исследований по оценке
влияния осушения болот на водные ресурсы Белоруссии.— Труды ГГИ
1973, вып. 208, с. 161 — 167.
40. Булавко Л. Г., П л у ж ников В. И. Использование водных ресур-
сов Белоруссии в сельском хозяйстве.— Минск: Ураджай, 1982.— 103 с.
41. Булавко Л. Г., Ровер а О. 3., Л а л ы к и и Н. В. Тенденции антро-
погенных изменений ресурсов поверхностных вод Белоруссии, Украины и Мол-
давии.— Сборник работ по гидрологии, 1982, № 17, с. 33—43.
42. Б у л а в к о А. Г., Барановская Г. Н. Изменение уровенного ре-
жима озер в зоне осушения.—Проблемы Полесья, 1984, № 9, с. 33—41.
43. Булдей В. Р. Гидромелиоративное строительство и охрана окружаю-
щей среды.— Киев: Будивельинк, 1980.— 199 с.
44. Быков В. Д., Калинин Г. П. Водные ресурсы мира, их изменение
по территории и во времени.— Вестник МГУ, сер. геогр., 1968, № 4, с. 12—15.
45. Быков В. Д. и д р. Вопросы регулирования стока малыми водохра-
нилищами.— Вестник МГУ, сер. геогр., 1972, вып. 2, с. 47—57.
46. Быков В. Д., К и с и н И. М., Эдельштейн К. К. Роль водохрани-
лища в трансформации речного стока.— В кн.: Актуальные вопросы советской
географической науки. М., 1972, с. 134—137.
47. Бышовец Л. Б. К методике оценки и учета влияния прудов и малых
водохранилищ на сток рек Украины.— Труды УкрНИИ, 1984, вып. 200, с. 59—68.
48. Бютнер Э. К. Планетарный газообмен.— Л.: Гидрометеоиздат, 1986.—
239 с.
49. Веретенникова Г. М. Влияние водохранилищ на сток р. Днепра.—
Сборник работ по гидрологии, 1982, № 17, с. 44—53.
50. Веретенникова Г. М., Леонов Е. А. Оценка современного изме-
нения внутригодового распределения стока крупных рек под влиянием водо-
хранилищ.— Сборник работ по гидрологии, 1982, № 17, с. 3—32.
51. Вершинина Л. К. О соотношениях снегозапасов в поле, в лесу и
в овражно-балочной сети на речных водосборах.— Труды ГГИ, 1972, вып. 194,
с. 93—118.
52. Винников К. Я., Гро й с м а н П. Я. Эмпирическая модель совре-
менных изменений климата.— Метеорология и гидрология, 1979, № 3, с. 25—36.
53. В и и н и к о в К. Я., Гро й с м а н П. Я. Эмпирический анализ влияния
СО2 на современные изменения средней годовой приземной температуры воз-
духа северного полушария.— Метеорология и гидрология, 1981, № И, с. 30—43.
54. В и н н и к о в К. Я. Чувствительность климата.— Л.: Гидрометеоиздат,
1986.—224 с.
55. Винников К. Я., Гройсман П. Я., Л угии а К. М., Голу-
бев А. А. Изменение средней температуры воздуха северного полушария.—
Метеорология и гидрология, 1987, № 1.
56. Вишневский П. Ф., Рубцов И. Г. Исследование причин умень-
шения годового стока рек Украины в 1948—1962 гг.— Сборник работ по гидро-
логии, 1966, № 6.
57. Вишневский Л. Ф. Влияние хозяйственной деятельности в бассейне
р. Зап. Буга на изменение поверхностного стока.— Труды УкрНИГМИ, 1972,
вып. 116, с. 3—32.
58. В л а д и м и р о в Л. А. О зависимости внутригодового распределения
стока от водности года.— Метеорология и гидрология, 1968, № 3, с. 91—У*-
59. В л и я н и е леса на водные ресурсы.— М.: Наука, 1986.— 168 с.
60. В л и я н и е увеличения количества углекислого газа в атмосфере на
климат.— В кн.: Материалы советско-американского совещания. Л., 1982.— 56 С.
61. Водный баланс Кустанайской области.— Л.: Гидрометеоиздат, 1966.—
211 с.
314
62. Водные ресурсы Нечерноземной зоны РСФСР.— Л.: Гидрометеоиз-
дат, 1980.—214 с.
63. В о д о г р е ц к и й В. Е. Влияние агролесомелиоративных мероприятий
на сток рек и методика его расчета.—Труды ГГИ, 1974, вып. 221, с. 47—104.
64. В о д о г р е ц к и й В. Е., Крестовский О. И. Воднобалансовые экс-
педиционные исследования.— Л.: Гидрометеоиздат, 1975.— 144 с.
65. В о д о г р е ц к и й В. Е. Влияние агролесомелиораций на годовой
сток.— Л.: Гидрометеоиздат, 1979.— 184 с.
66. В о д о г р е ц к и й В. Е. Принципиальная структура модели учета пре-
образования стока на водосборах под влиянием агролесомелиораций.— Труды
ГГИ, 1983, № 303, с. 79—90.
67. В о д о х р а н и л и щ а и их воздействие на окружающую среду.— М.,
Наука, 1986.—367 с.
68. Водохранилища мира —М.: Наука, 1979.—287 с.
69. Вольфцун И. Б., Сумарокова В. В. Динамика антропогенных
и естественных потерь стока Амударьи и Сырдарьи за многолетний период.—
Метеорология и гидрология, 1985, № 2, с. 98—105.
70. Воронков Н. А. Элементы влагооборота лесных водосборов.— В кн.:
Доклады советских ученых на международном симпозиуме по влиянию леса
на внешнюю среду, т. 1. М., 1970, с. 79—98.
71. Воронков Н. А. и др. Гидрологическая и метеорологическая роль
лесных насаждений разного породного состава.— Лесоведение, 1976, № 1,
с. 3—10.
72. Воскресенский К. П., Соколов А. А., Шикломанов И. А.
Ресурсы поверхностных вод СССР и их изменение под влиянием хозяйствен-
ной деятельности.— Водные ресурсы, 1974, № 2, с. 33—58.
73. Временное руководство по определению норм и сроков полива
тепло-воднобалапсовым методом.— Л.: Гидрометеоиздат, 1971.— 30 с.
74. Всемирная конференция по климату.— В кн.: Расширенные тезисы
докладов. Женева, февраль 1979 г., 406 с.
75. Вуглинский В. С. К вопросу о методике учета влияния водохрани-
лищ на речной сток.— Труды ГГИ, 1981, вып. 274, с. 73—85.
76. Гелета И. Ф. Оценка преобразования максимального стока на мелио-
рированных болотных массивах.— Вестник ЛГУ, 1978, № 6, вып. 1, с. 111 —115.
77. В ель бух Т. М. Схема расчета испарения с орошаемых земель и струк-
тура водного баланса орошаемой территории аридной зоны (на примере бас-
сейна р. Сырдарьи).— Труды ГГИ, 1973, вып. 208, с. 135—143.
78. Георгиевский В. 10., Моисеенко в А. И. Восстановление
естественных гидрографов стока крупных рек, зарегулированных каскадом водо-
хранилищ (на примере р. Волги).— Труды ГГИ, 1984, вып. 291, с. 54—61.
79. Георгиевск и й В. Ю.» М о и с е о н к о в А. И., К в и и т р а д з е В. В.
Оценка антропогенных изменении внутригодового стока Верхней Волги.— Труды
ГГИ, 1986, вып. 315, с. 61—68.
80. Г е р а с и м с и к о В. 11. Применение множественной линейной корре-
ляции к оценке факторов и расчетам минимального стока.—Сборник работ по
гидрологии, 1970, № 9, с. 52—60.
81. Г и д р о л о г и ч е с к и е расчеты при осушении болот и заболоченных
земель/Под ред. К. Е. Иванова.— Л.: Гидрометеоиздат, 1963.— 417 с.
82. Гидрологические аспекты урбанизации.— М.: Московский филиал
географического общества СССР. 1978.— 83 с.
83. Г л а з а ч е в а Л. И. Влияние хозяйственной деятельности на уронен-
ный режим озер Латвии.—В кн.: Гидрология озер и водохранилищ, часть 1,
Озера. М., 1975, Изд-во МГУ, с. 58—65.
315
84. Глазачева Л. И., Курило Л. И. Тренды в колебаниях годового
стока рек Средней Прибалтики.— В кн.: Моделирование и прогнозирование
в экологии. Рига, 1980, с. 85—98.
85. Г л у ш к о в В. Г. Перспективы и пути развития гидрологии в СССР.—
Изв. ГГИ, 1934, № 65, с. 23—30.
86. Г о и т а р ь Ю. В., К р у п с к и и К. Н. и д р. Изучение концентраций
тяжелых металлов в речном стоке с урбанизированных территорий.— Водные
ресурсы, 1979, № 4, с. 89—95.
87. Гопченко Е. Д., Лобода Н. С. Влияние прудов и водохранилищ
на характеристики годового стока рек зоны недостаточного увлажнения.— Ме-
теорология и гидрология, 1984, № 11, с. 83—89.
88. Г р и и А. М. Динамика водного баланса на примере Центрально-Чер-
ноземного района.— В кн.: Водный баланс СССР и его преобразование. М.,
1969, с. 179—192.
89. Грушевский М. С. Волны попусков и паводков в реках.— Л.: Гид-
рометеоиздат, 1969.— 337 с.
90. Гюнтер Л. И., Г р с б н е в и ч Е. В. Методы борьбы с загрязнением
природных вод городами.— М.: /Моск. филиал ГО СССР, 1978, с. 79—83.
91. Демидов В. И., Куч мент Л. С. Оценка влияния урбанизации на
форму гидрографа и максимальные расходы с помощью двумерной модели
ливневого стока.— В кн.: Гидрологические аспекты урбанизации. М., 1978,.
с. 20—25.
92. Д о б р о у м о в Б. М., Устюжанин Б. С. Преобразование водных
ресурсов и режима рек центра ЕТС.— Л.: Гидрометсоиздат, 1980, 220 с.
93. Д о к у ч а е в В. В. Предполагаемое обмеление рек Европейской рав-
нины.— В кн.: Заседание Петербургского собрания сельских хозяев. СПб., 1876,
№ 7, с. 16.
94. Дрозд В. В. /Меженный сток мелиорированных водосборов.— Проб-
лемы Полесья, 1984, № 9, с. 42—50.
95. Дроздов О. А., Г р п г о р ь е в а А. С. Влагооборот в атмосфере.—
Л.: Гидрометсоиздат, 1963.— 314 с.
96. Д р о з д о в О. А. Закономерности влагооборота в атмосфере и воз-
можности долгосрочного предсказания его изменений.— Водные ресурсы, 1972,
№ 1, с. 32—41.
97. Дроздов О. А., С о р о ч а н О. Г., Шикломанов И. А. Предва-
рительная оценка возможных изменении глобального влагооборота иод влия-
нием хозяйственной деятельности.— Водные ресурсы, 1976, №6.
98. Дроздов О. А., С ороч ан О. Г., Григорьева А. С, Оценка
возможных изменений климатических условий и влагооборота под влиянием
переброски части стока северных и сибирских рек и непреднамеренных глобаль-
ных антропогенных воздействий.— В кн.: Межзональное пс'рс^эяспредслсиис вод-
ных ресурсов. Л., 1980, с. 323—355.
99. Дубах А. Д. Гидрология болот.— Свердловск, Москва: I идромстеоиз-
дат, 1944.— 228 с.
100. Д у и и и - Б а р к о в с к и й Л. В. О водном балансе орошаемой терри-
тории.— Известия АН СССР, сер. гсогр., 19о6, № 5, с. 61 73.
101. Дьяконов К. Н. Влияние крупных водохранилищ на окружающую
территорию.— В кн.: Актуальные вопросы советской географической науки. м
1972, с. 155—162.
102. /К е л е з и я к И. А, Л е о и и д о в а Ш. А. Влияние хо
деятельное!и на сезонный и годовой сгок Днепра.— 1руды УкрПШЛИ, л »
вып. 149, с. 106-120.
103. Железняк И. А., Бышовец Л. Б., Ill е р с ш е в е к и й Л. И.
Ретрансформация стока рек, зарегулированных каскадом водохранилищ (IM
примере р. Днепра).—Труды ГГИ, 1981, вып. 273, с. 102—111.
316
104. Жилин ск ий И. И. Очерк работ Западной экспедиции по осушению
болот (1873—1898 гг.).— Изд. Министерства земледелия и гос. имуществ,
1899.-744 с.
105. Зайков Б. Д. Водный баланс Каспийского моря в связи с причи-
нами понижения его уровня.— Труды НИУ ГУГМС, 1946, сер. 4, вып. 88.
106. Запольский И. А., Р е в е р а О. 3. Водный баланс бассейна
р. Десны и его изменение под влиянием хозяйственной деятельности.— Мелио-
рация и водное хозяйство, 1980, № 50, с. 32—37.
107. Захарове кая Н. Н. О влиянии осушения болот на речной сток.—
Научные записки Московского гидромелиоративного ин-та, 1968, вып. 32,
с. 90—99. -
108. 3 н а м е н с к и й В. А. Влияние водообмена и особенностей динамики
водоемов на распределение п трансформацию растворенных химических веществ
в водохранилищах —Труды ГГИ, 1981, вып. 274, с. 86—89.
109. Зубенок Л. И. Испарение на континентах.— Л.: Гидрометеоиздат,
1976.—264 с.
110. Зубов Л. Н. Об изменении суммарного стока с сельскохозяйствен-
ных полей в перспективе.— Метеорология и гидрология, 1965, № 3, с. 26—28.
111. Зябко в Лука. Изменение водности р. Морица в результате антро-
погенной деятельности.— Проблемы географии (НРБ), 1983, № 3, с. 51—57.
112. Иванов К. Е. Основы гидрологии болот лесной зоны.— Л.: Гидро-
метеоиздат, 1957.— 500 с.
ИЗ. Иванов К. Е. О методах расчета стока с мелиорируемых болот и
влияние мелиорации на сток.— Вестник ЛГУ, сер. геогр., 1976, № 18, с. 82—89.
114. Иванов К. Е., Сытина И. А. Исследования изменения водного
питания территорий, окружающих болотные системы при осушительных мелио-
рациях без регулирования водного режима.— Труды ГГИ, 1983, вып. 303,
с. 53—62.
115. Ивицкий А. И. Влияние осушения болот на режим рек.— В кн.:
К вопросу освоения и развития производительных сил Полесья. Минск, 1949,
с. 192—200.
116. И в пев а Т. И. Мексика. Водное хозяйство и экономическое разви-
тие.— М.: Наука, 1973.— 210 с.
117. И дз он П. Ф. Лес и водные ресурсы.— М.: Лесная промышленность,
1980 — 153 с.
118. Израэль IO. А., Шикломапов И. А. Роль гидрометеорологиче-
ских исследований в решении задач комплексной мелиорации земель.— Изв. АН
СССР, сер. геогр., 1985, № 3, с. 11 —19.
119. И н с т р у к ц и я по проектированию оросительных систем, часть 8.
Дренаж на орошаемых землях. ВСН П-8-74.— М.: Мннводхоз СССР, 1979.—
256 с.
120. Иозопайтис А. Изменение режима стока малых рек под влиянием
осушения дренажом минеральных земель в условиях Литовской ССР.— Труды
ГГИ, 1973, вып. 208, с. 222—224.
121. И с п о л ь з о в а и и е воды в народном хозяйстве.— М.: Энергия, 1973.—
105 с.
122. И чет кип В. А. Влияние прудов и водохранилищ на сток левобереж-
ных притоков Днестра от Верещицы до Калюса.—Труды УкрНИГМИ, 1972,
вып. 116, с. 146—148.
123. Калинин Г. П., Милюков П. И. Приближенный расчет неустано-
вившегося движения водных масс.—Труды ЦИПа, 1958, вып. 66, с. 70.
124. Калинин Г. П., Марков К. К., Суетова И. А. Колебания
уровня водоемов Земли в недавнем геологическом прошлом.— Океанология,
1966, т. 6, вып. 56, с. 737—746.
317
125. Калинин Г. П. Проблемы глобальной гидрологии.— Л.: Гидпоме-
теонздат, 1969.— 376 с.
126. Калинин Г. П., Шикломанов И. А. Использование водных
ресурсов Земли.— В кн.: Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л
1974, с. 575—605.
127. Калю ж и ы й„ И. Л., П а в л о в а К. К., П о п о в Б. А. Биогеофизиче-
скне условия взаимодействия твердых осадков с пологом хвойного леса.— Вест-
ник ЛГУ, № 24, сер. геология—география, 1979, вып. 4, с. 82—90.
128. Каркуциев Г. Н. Гидрологические аспекты осушительных мелио-
раций.— Киев: Наукова думка, 1982.— 158 с.
129. Кароль И. Л. и др. Атмосферный озон и глобальные изменения
климата.— Л.: Гидрометеоиздат, 1981.
130. К а ск А. Л. Режим рек Эстонской ССР и влияние на него человека.—
В кн.: Влагооборот и регулирование стока.— М., 1973, с. 81—90.
131. Кеме лев А. ,А. Водопотребление и рационализация систем сельско-
хозяйственного водоснабжения.— Алма-Ата: Кайнар, 1979.— 122 с.
132. Клиге Р. К. Изменения глобального водообмена.— М.: Наука,
1985.—248 с.
133. Клюева К. А., По кум ей к о Ю. М. Влияние осушительных мелио-
раций на годовой сток рек Белоруссии.— Метеорология и гидрология, 1974,
№ 1, с. 61—69.
134. Клюева К. А., П оку м ей ко Ю. М. Оценки влияния осушительных
мелиораций па водный режим рек Белоруссии.— Сборник работ по гидрологии,
1980, № 16, с. 62—97.
135. К о л м о г о р о в В. П. Оценка влияния хозяйственной деятельности
ла режим стока рек Северного Казахстана (па примере рек Тобола и Верхнего
Ишима).— Автореф. дисс. на соискание учен, степени каид. геогр. наук. Л.,-
ГГИ, 1985.— 16 с.
136. К о и д р а т ь е в К. Я., М оскале и к о И. И. Углекислый газ* и другие
оптически активные компоненты как факторы парникового эффекта атмосферы.
Проблемы атмосферного углекислого газа.— Труды Советско-американского
симпозиума. Л., 1980, с. 109—134.
137. Коновалова II. II., Пыжов В. Г. Об изменении стока и смыва
на склоновых землях.— Метеорология, климатология и гидрология. Межведом-
ственный научный сборник, 1969, вып. 4, с. 180—184.
138. Константинов А. Р. Испарение в природе.— Л.: Гидрометеоиздат,
1968.—588 с.
139. Ко реи исто в Д. В. Водный баланс р. Волги в связи с сооружением
Волжско-Камского каскада гидроузлов.— В кн.: Труды 3-го Всесоюзн. гидрол.
съезда, т. 6. Л., 1958, с. 71—79.
140. Корон кевич II. И. Преобразование водного баланса.—М.: Наука,
1973.— 119 с.
141. К о р о н к е в и ч Н. И. Состояние водных ресурсов в 70-х юдах и
в перспективе.— В кн.: Природные ресурсы Русской равнины в прошлом, настоя-
щем и будущем.— М., 1976, с. 321—331.
142. Кочубей С. Г., Молодых В. П., Ровера О. 3. К прогнозу
вероятного изменения стока рек Украины под влиянием антропогенных факто-
ров.— Мелиорация и водное хозяйство, 1979, № 46, с. 33—37.
143. Крестовский О. И. Исследования стока и водного баланса водо-
сборов.— Труды ГГИ, 1969, вып. 176, с. 22—50.
144. Крестовский О. И., Соколова Н. В. Весенний сток и потери
талых вод в лесу и поле.— Труды ГГИ, 1980, вып. 265, с. 32—60.
145. Крестовский О. И. Влияние вырубок и восстановления лесов на
водность рек.— Л.: Гидрометеоиздат, 1986.— 117 с.
318
146. Кри венцов М. И., Т а р а с о в М. И. Прогнозирование минерали-
зации и содержания главных ионов в воде водохранилищ.— Л.: Гидрометео-
издат, 1976.— 112 с.
147. Кубы ш к и и Г. П. Оценка влияния осушения пойменных болот на
годовой и максимальный сток малых рек УССР (бассейн Днепра).— Труды
ГГИ, 1973, вып. 208, с. 213—221.
148. Кузин П. С. Влияние агротехнических мероприятий на сток р. Вол-
ги.— Метеорология и гидрология, 1946, № 5.
149. Кузин П. С. О влиянии агротехнических мероприятий на речной
сток.— Труды ГГИ, 1965, вып. 127, с. 82—100.
150. Кузнецов В. И. Об изменении стока реки Сырдарьи в связи
с развитием орошения.—Метеорология и гидрология, 1957, № 7, с. 17—21.
151. Кузнецова Л. П. Роль рельефа и лесов в распределении коли-
чества осадков на равнине — Труды ГГО, 1957, вып. 72, с. 76—91.
152. Куз ник И. А. Изменение речного стока под влиянием
ских мероприятий в Сыртовском Заволжье.— Водные ресурсы,
с. 54—65.
153. Куприянов В. В., Устюжанин Б. С., Джус Л.
гическая роль урбанизации.— Обнинск: Инфор. центр. 1975.—35 с.
154. К у п р и я и о в В. В. Гидрологические аспекты урбанизации.— Л.:
Гидрометеоиздат, 1977.— 180 с.
155. К у п р и я н о в В. В. Урбанизация и проблемы гидрологии.— В кн.:
Гидрологические аспекты урбанизации. М., 1978, с. 5—15.
156. Курганова И. М. Влияние водохранилищ на норму стока.— В кн.:
Проблемы использования и охраны водных ресурсов. Минск, 1972, с. 20—24.
157. Курдов А. Г. О влиянии прудов и водохранилищ на сток рек.—
В кн.: Материалы региональной конференции «Антропогенные ландшафты Цент-
рально-Черноземных областей и прилегающих территорий. Воронеж, 1972,
с. 95—97.
158. Ку то в ой С. С., А п о с т о л о в Б. В. Влияние прудов и водохра-
нилищ на сток бассейна Десны.— Мелиорация и водное хозяйство, 1972, вып. 22,
с. 57—61.
агротехниче-
1975, № 5,
Е. Гидроло-
159. Ку то в ой С. С. Влияние хозяйственной деятельности па сток рек
бассейна р. Десны. Автореф. дисс. па соискание учен, степени капд. геогр. наук.
Л., 1981.— 16 с.
160. Куч мент Л. С. Математическое моделирование речного стока.—
Л.: Гидрометеоиздат, 1972.— 191 с.
161. Л а лык ин Н. В., Светличный А. А., Солодкий А. Е. Влия-
ние хозяйственной деятельности на средний многолетний сток рек Молдавии.—
В кн.: Изучение и использование водных ресурсов. М., 1980, с. 31—36.
162. Л а лыкин И. Н. Оценка изменений паводочного стока за вегетаци-
онный период малых рек Молдавии под влиянием, ирригационно повышенной
влажности почвы —В кн.: Совершенствование мелиорации с.-х. систем. Киши-
нев, 1983, с. 42—44.
163. Л а лыкин Н. В., Солодкий А. Е. Прогноз изменений годового
стока рек Молдавии под влиянием орошения. Метеорология, климатология
и гидрология, 1983, вып. 19, с. 9—11.
164. Лебедев А. В. Гидрологическая роль горных лесов Сибири.—Ново-
сибирск: Наука, 1982.— 183 с.
165. Левковский С. С., П о л а м а р ч у к М. М., Пу сто войт С. П.,
Ющенко Л. И. О влиянии осушения болот, на сток рек в бассейне р. Десны.—
Вестник Киевского ун-та, сер. геогр., 1972, № 13, с. 70—77.
166. Левин А. П. Водный фактор в размещении промышленного произ-
водства,— М.: Стройиздат, 1973.— 165 с/
319
167. Л е г а с о в В. А., К у з ь м и н И. И. Проблемы энергетики. Природа
1981, № 2, с. 8—23.
168. Леонов Е. А. Об оценке влияния оросительных мелиораций на сток
с орошаемых территорий.— Труды ГГИ, 1974, вып. 221, с. 195—124.
169. Леонов Е. А. Об изменении внутригодового распределения стока
рек в районах интенсивного орошения.— Труды ГГИ, 1981, '№ 273, с. 23—43.
170. Леонов Е. А., Леонов В. Е. Статистический метод оценки и вое-*
становления стока р. Терек.— Труды ГГИ, 1984, вып. 291, с. 81—90.
171. Леонтьевский Б. Б. К вопросу об учете влияния агротехнических
мероприятий иа -сток при составлении генеральной схемы комплексного исполь-
зования и охраны водных ресурсов СССР.— Сборник работ по гидрологии,
1968, № 8, с. 58—66.
172. Лпт.вин В. Н. Влияние осушения поймы р. Трубеж на речной сток
и режим грунтовых вод.— Труды ГГИ, 1973, вып. 208, с. 231—235.
173. Львович М. И. Человек и воды.— М.: Географгиз, 1963.— 320 с.
174. Львович М. И., Соколов А. А. Водный баланс и водный режим
территории и их целенаправленное преобразование.— Известия АН СССР,
сер. геогр., 1971, № 5, с. 41—54.
175. Львович М. И. Мировые водные ресурсы и их будущее.— М.:
Мысль, 1974.— 448 с.
176. Львович М. И. Почвенное направление в гидрологии—В кн.: Фор-
мирование водного баланса территории. М., 1980, с. 30—52.
177. Манн Р. И. и Махта Л. Деятельность человека, оказывающая
влияние на климат.— Всемирная конференция по климату. Расширенные тезисы
докладов. ВМО, Женева, февраль 1979 г., с. 131—158.
178. Маяков Б. С., Минаев И. В. Мелиорация и охрана природы.—
М.: Россельхозиздат, 1985.— 271 с.
179. Мита рз ин IO. М., Богословский Б. Б., Мацкевич И. К.
Специфика водохранилищ и их морфометрия.— Пермь: 1977.— 68 с.
180. М е ж д у п а р о д н ы й симпозиум по гидрологии заболоченных тер-
риторий.— Наука и техника, 1973, т. 2.
181. М с ж з о п а л ьп о е перераспределение водных ресурсов/Под ред.
А. А. Соколова и И. А. Шикломанова.— Л.: Гидрометсоиздат, 1980.— 375 с.
182. М с л с х о в И. С. Лесоведение.— М.: Лесная промышленность, 1980.—
408 с.
183. М с л и о р а ц и я земель и регулирование водного режима почв.—
Минск, Ураджай, 1981.— 368 с.
184. Менжулин Г. В., Савватеев С. П. Влияние современных изме-
нений климата иа урожайность сельскохозяйственных культур.— В кн.: Проб-
лемы атмосферного углекислого газа.— Л., 1980, с. 186—197.
185. Методические рекомендации по определению водоотведения
в орошаемом земледелии.— Л.: Гидрометсоиздат, 1981.— 24 с.
186. Методические рекомендации по определению потерь талых вод
при прогнозах стока половодья равнинных рек Европейской территории
РСФСР.— Л.: Гидрометсоиздат, 1982.— 94 с.
187. М е т о д и ч е с к и е рекомендации по оценке влияния водохранилищ
на ресурсы и запасы подземных вод.— М.: Изд. ВСЕГИНГЕО, 1973.— 56 с.
188. Методические рекомендации по оценке и учету влияния агролесо-
мелиоративных мероприятий на сток рек.— Л.: Гидрометсоиздат, 1975.
189. М е т о д и ч е с к о с руководство по прогнозу уровней подземных вод
на орошаемых землях.— М.: В/О Союзводпроект, 1977.— 51 с.
190. Методические указания управлениям Гидромстслужбы № 84.
Производство комплексных воднобалансовых наблюдений па опорных пунктах.—
Л.: Гидрометсоиздат, 1973,— 160 с.
320
191. Методические указания управлениям Гидрометслужбы №89.—
Л.: Гидрометеоиздат, 1974.— 96 с.
192. Методические указания управлениям Гидрометслужбы №90.
Составление русловых водных балансов.— Л.: Гидрометеоиздат, 1977.— 103 с.
193. Методы изучения гидрологического режима водных объектов.— Л.:
Гидрометеоиздат, 1982.— 391 с.
194. Мировой водный баланс и водпые ресурсы Земли.— Л.: Гидроме-
теоиздат, 1974.— 608 с.
195. Митрошкин К. П., П а в л о в с к и й Е. С. Лес и поле.— М.: Колос,
1979.—280 с.
196. Молодых В. П. Влияние орошения на годовой сток Днепра.— В кн.:
Вопросы гидравлики и инженерной гидрологии.— М.: ВНИИГИМ, 1983, с. 108—
113.
197. Молчанов А. А. Гидрологическая роль леса.— М.: Изд-во АН СССР,
I960,—488 с.
198. Молчанов А. А. Влияние леса на окружающую среду.— М.: Наука,
1973.—359 с.
199. Моисеенко в А. И. Восстановление гидрографов естественного стока
в бассейне р. Волги на основе методов расчета пе установившегося движения
воды.— В кн.: Вопросы гидрологии суши. Л., 1982, с. 3—9.
200. Назаров Г. В. Оценка влияния хозяйственной деятельности на вод-
ный баланс рек Днепра и юге Украины.— В кн.: Водный баланс СССР и его
преобразование. М., 1969, с. 193—207.
201. Нестеренко И. М. Мелиорация земель Европейского Севера.— Л.:
Наука, 1979.— 360 с.
202. Нестеренко И. М. Влияние сельско- и лесохозяйственных мелиора-
ций в бассейне р. Олонкн на изменение режима речного стока.— В кн.: Водный
и тепловой режим осушения почв Карелии. Петрозаводск, 1981, с. 63—75.
203. Н и к и т и н А. М., Бондарь В. А. О динамике озер дельты р. Аму-
дарьи. Гидрологические исследования в Средней Азии.— Труды САРНИГМИ,
1975, вып. 25 (106), с. 79—89.
204. Никитин С. Н. Грунтовые и артезианские воды на Русской рав-
нине.— Изд. В. Эриксона, 1900.— 71 с.
205. Николаенко В. Т. Лес и защита водоемов от загрязнения.— М.:
Лесная промышленность, 1980.— 264 с.
206. Новиков С. М., Гончарова Ж. С. Прогноз изменений водных
ресурсов крупных рек СССР под влиянием осушительных мелиораций.— Труды
ГГИ, 1978, вып. 255, с. 54—68.
207. Новиков С. М. Гидрологические аспекты проблемы хозяйственного
освоения болот Западной Сибири.— Обзорная информация, Обнинск, ВНИИГМИ-
МЦД, 1960, вып. 2.— с. 48,
208. Новиков С. М., Гончарова Ж. С. Влияние осушительных мелио-
раций на водный режим болот, сельскохозяйственных полей и речных бассейнов
в Нечерноземной зоне. Обзорная информация.— Обнинск, ВНИИГМИ-МЦД,
1984,—49 с.
209. Нормативы по учету влияния агролесомелиоративных мероприятий
на сток.— Л.: Гидрометеоиздат, 1963.
210. Общесоюзная инструкция по крупномасштабным почвенным агро-
химическим исследованиям территорий колхозов и совхозов и по составлению
почвенных карт территорий производственных колхозно-совхозных управлений.—
М.: Колос, 1964.—57 с.
211. О б ы д е и н и к о в В. И., Кожухов Н. И. Типы вырубок и возобно-
вления леса.— М.: Лесная промышленность, 1977.— 176 с.
212. Онищенко Н. И. О влиянии осушения на сток рек Сахалина.—
Груды ГГИ, 1984, вып. 291, с. 132—151.
21 Заказ № 159
321
Л. Г., Кононенко П. И. изменение ресурсов no-
213 Онуфриенко Л. 1., Кононенко и. n. nu.
верхностных вод Украины и Молдавии под влиянием прудов и водохранилищ,
DcpAnvuinoiA XJM/A v г л _гл Пп^глтлчи ГИЛООЛ. СЪВЗЛЯ. 1Q7R
расположенных в бассейнах рек.-
т. 3, с. 364—373.
214. Оппоков Е. В. О гидрологической роли
ство и лесоводство, 1909, сентябрь, с. 37—57.
расположенных в бассейнах рек.—Труды 4-го Всесоюзн. гидрол. съезда, 1975,
болот.— Сельское хозяй-
под влиянием производ-
на сток рек
роль лесов.—
на сток рек.
215. Опритова Р. В. Водоохранная роль лесов южного Сихотэ-Алиня.—
М.: Наука, 1978.—96 с.
216. Оценка изменений гидрологических условии
ственной деятельности.— М.: Недра, 1978.— 264 с,
217. Оценка потерь талых вод и прогнозы объема стока половодья.—
Л.: Гидрометсоиздат, 1985.— 188 с.
218. Па кал и Э. В. Оценка влияния хозяйственной деятельности на мини-
мальный и меженный сток на примере рек Северного склона Джунгарского
Алатау.— Труды КазНИИ, 1980, вып. 55, с. 23—27.
219. Па кутин А. В. Опыт оценки преобразования весеннего снегового
стока с болотных массивов при их осушении.— Вестник ЛГУ, 1985, № 7, сер.
геол, география, вып. 1, с. 102—108.
220. П е р е х р е с т С. М. Влияние осушительной мелиорации на речной
сток.— Труды 4-го Всесоюзн. гидрол. съезда, 1976, т. 4, с. 149—161.
221. П е ч и и о в Д. А. Влияние небольших водохранилищ
в Болгарии.— Гидрология и метеорология, 1967, № 5, с. 19—28.
222. Победи иск ий А. В. Водоохранная и почвозащитная
М.: Лесная промышленность, 1979.— 176 с.
223. Поляков Б. В. Влияние агротехнических мероприятий
Метеорология и гидрология, 1939, № 4.
224. Пономарева Т. Г. Исследование влияния водохозяйственных меро-
приятий иа годовой сток р. Амура.—Труды ДВНИГМИ, 1980, вып. 84, с. 43—48.
225. Проблемы атмосферного углекислого газа.— В кн.: Труды совет-
ско-американского симпозиума. Л., 1980.— 284 с.
226. Проблемы загрязнения подземных вод и пути их решения. 1981,
Минводхоз РСФСР. Сибирский НИИ гидротехники и мелиорации, Красноярск,
с. 150.
227. Пр об л ем ы современной гидрологии (К 100-летию со дня рождения
В. Г. Глушкова).— Л.: Гидромегеоиздат, 1983.
228. Протопопов В. В. Средообразующая роль тсмиохвойпого леса—
Новосибирск: Наука, 1975.— 328 с.
229. Ра упер 10. Л. Тепловой баланс растительного покрова.— Л.: Гидро-
метеопздат, 1972.— 210 с.
230. Р а х м а нов В. В. Влияние лесов на водность рек в бассейне Верх-
ней Волги.— Труды Гидрометцентра СССР, 1971, вып. 88, 175 с.
231. Рахманов В. В. Речной сток и агротехника.— Труды Гидромет-
центра СССР, 1973, вып. 114, 200 с.
232. Рахманов В. В. Водорегулирующая роль лесов.— Труды Гидромет-
центра СССР, 1975, вып. 153, 192 с.
233. Рахманов В. В. Лесная гидрология. Итоги науки и техники.—Ле-
соведение и лесоводство, 1981, т. 3, 180 с.
234. Р с к о м е и д а ц и и по определению стока оросительных и возврат-
ных вод с орошаемых земель в схемах комплексного использования и охрани
вод,—М.—Л.: В/О Союзводпроект, 1981, 29 с.
235. Р е к о м е и л а ц и и по расчету испарения с суши.— Л.: Гидрометео-
издат, 1976.—96 с.
236. Родионов В. 3. Влияние прудов и малых водохранилищ на сгок
с>е11061С?21е1П1ОЙ И СГе11НУ" 30,1 бассейна Волги —Труды ГГИ, 1975, вып 229,
322
237. Родионов В. 3. Оценка влияния хозяйственной деятельности на
еток рек при коротких рядах наблюдений (на примере рек лесостепной и степ-
ной частей бассейна р. Волги).—Труды ГГИ, 1981, вып. 273, с. 9—22.
238. Р о ж д е ст в е н с к п й А. В., Чеботарев А. И. Статистические
методы в гидрологии.— Л.: Гидрометеоиздат, 1974.— 423 с.
239. Р ожд ественский А. В. Пространственно-временные колебания
стока рек СССР —Л.: Гидрометеоиздат, 1988.— 360 с.
240. Романов В. В., Иванов К. Е. Водный баланс долинных болот
Полесья и его водные преобразования.— В кн.: Труды конференции по мелио-
рации и освоению болот и заболоченных почв. Минск, 1956, с. 217—231.
241. Романов В. В. Испарение с болот Европейской территории СССР.—
Л.: Гидрометеоиздат, 1962.— 228 с.
242. Р у б и и о в а Р. Э. Особенности антропогенного воздействия на сток
рек Сырдарьи и Амударьи.— Труды САНИИ, 1982, вып. 89 (170), с. 3—9.
243. Руденко С. И. Испарение с водной поверхности и потери на испа-
рение с больших водохранилищ.— Труды ГГИ, 1948, вып. 3, с. 3—90.
244. Руководство по проектированию внутрихозяйственной ороситель-
ной сети для дождевальных машин «Фрегат», «Волжанка» и «Днепр».— М.:
Минводхоз СССР, 1979.— 104 с.
245. Русев Р. Вопросы на стопакената дойности водните ресурси у нас.—
Известия геогр. ин-та Бълг. АН, 1970, № 14, с. 227—242.
246. Сапожникова С. А. Микроклимат орошаемых полей (температура
и влажность воздуха, температура почвы).— Труды ГГО, 1954, вып. 45 (107),
с. 60—70.
247. Скакальский Б. Г. Изменение качества речных вод на урбанизи-
рованной территории.— В кн.: Гидрологические аспекты урбанизации. М., 1978,
с. 71—78.
248. Скор оп ан о в С. Г., Б р е з г у и о в В. С., Кушпир Н. В. Мелио-
рация болот и ее последствия.— В кн.: Мелиорация переувлажненных земель,
вып. 31. Минск, 1983, с. 3—10.
249. Сниицип В. М. Введение в палеоклиматологию.— Л.: Недра, 1967.—
232 с.
250. Смолянинов В. М., С е м е и о в О. 11., К р у Ц к и и С. К. К во-
просу о регулировании местного стока в Центрально-Черноземных областях.—
В кн. География производительных сил Центральной России. М., 1971, с. 175—
182.
251. Современный и перспективный водный и солевой баланс южных
морей СССР.—Труды ГОИН, 1972, вып. 108, 236 с.
252. Соколов А. А. О чем шумит русский лес.— Л.: Гидрометеоиздат,
1982.— 95 с.
253. Соколов А. Г., П о п о в М. А. К оценке современных и возможных
в перспективе антропогенных изменений внутригодового распределения стока
Нижней Волги.—Сборник работ по гидрологии, 1979, № 15, с. 3—17.
254 Соколовский Д. Л. Речной сток —Л.: Гидрометеоиздат, 1969.—
527 с.
255. Соколовски й Д. Л., Ш и к л о м а и о в И. Л. Расчеты гидрографов
паводков с использованием электронных моделирующих устройств.—Груды
ЛГМИ, 1965, вып. 23, с. 65—78.
256. Софер М. Г., Белоцерковский Л. Д. Влияние осушительных
мелиораций на сток малых рек ЦЧО —Гидротехника и мелиорация, 1976, № 1,
с. 98—102.
257. Срибный К. Ф. Влияние перспективного изменения объемов стока
на обеспеченность водой народного хозяйства.— Мелиорация и водное хозяй-
ство, 1965, № 5,
21*
323
258. Стефенсон Д. Гидрология и дренаж ливневых вод/Пер. с англ.
Л.: Гидрометеоиздат, 1986.— 261 с.
259, Субботин А. И. Структура половодья и территориальные прогнозы
весеннего стока рек в Нечерноземной зоне Европейской территории СССР.— Л.:
Гидрометеоиздат, 1978.— 98 с.
260. С у м а р о к о в а В. В,, Цыц ей ко К. В. О снижении стока рек
в бассейне Аральского моря.— Труды ГГИ, 1978, вып. 251.
261. Уайт Г. Водные ресурсы США. Проблемы их использования/Пер.
с англ.— М.: Прогресс, 1973.— 189 с.
262. У к а з а и и я по расчету испарения с поверхности водоемов.— Л.:
Гидрометеоиздат, 1974.— 96 с.
263. У к а з а п и я по расчету недостатка водопотребления сельскохозяйст-
венных растений.— Л.: Изд. ГГИ, 1974.— 96 с.
264. У р ы в а с в В. А. и д р. Основные недостатки методов наблюдений
над снежным покровом и предложения ГГИ по их улучшению.— Труды ГГО,
1965, вып. 175, с. 31—58.
265. Устю ж а и и и Б. С., Горшунова Н. В. Изменение меженного
стока р. Луги под влиянием хозяйственной деятельности.— Межвузовский сбор-
ник «Гидрологические прогнозы и расчеты», 1982, вып. 79, с. 90—96.
266. Фатуллаев Г. 10. Влияние хозяйственной деятельности на годовой
и сезонный сток р. Араке.— Труды ГГИ, 1984, вып. 291, с. 35—54.
267. Федоров Е. К. Изменения климата и стратегия человечества.—
В кп.: Всемирная конференция по климату. Расширенные тезисы докладов. ВМО,
Женева, Февраль 1979, с. 13—28.
268. Федоров С. Ф. Исследование элементов водного баланса в лесной
зоне Европейской территории СССР.— Л.: Гидрометеоиздат, 1977.— 264 с.
269. Харченко С. И. Гидрология орошаемых земель.— Л.: Гидрометео-
издат, 1975.— 374 с.
270. Харченко К. И. Изменение испарения с сельскохозяйственных полей
под влиянием осушительной мелиорации.— Труды ГГИ, 1979, вып. 261, с. 116—
125.
271. Харченко С. И., Цы цен к о К. В., Шикломанов И. А. Изме-
нение гидрологического режима и водного баланса речных бассейнов с разви-
тым орошением.— В кн.: Современные проблемы гидрологии орошаемых земель,
ч. 1. М., 1981, с. 116-123.
272. X а р ч е и к о С. II., Громова Р. В., Харченко К. И. Оценка
изменений стока под влиянием осушительных мелиораций.— Труды ГГИ, 1981,
вып. 269, с. 22—37.
273. Харченко С. И. Гидрологические основы рационального использо-
вания и охраны водных ресурсов в орошаемом земледелии. Проблемы современ-
ной гидрологии.— Л.: Гидрометеоиздат, 1983, с. 101—120.
274. Хейердал Т. Уязвимое море.— Л.: Гидрометеоиздат, 1973.— 15 с.
275. Хильми Г. Ф. Теоретическая биогеофизика.— М.: Изд-во АН СССР,
1957.—220 с.
276. X и м м е л ь б л а у Д. Анализ процессов статистическими методами,
м.: Мир, 1973.—957 с.
277. X о м и ц к и и И. П. Тепловой баланс неосвоенных и освоенных под
многолетние травы болот.— В кн.: Проблемы мелиорации. Минск, 1974.—
с. 200—201.
278. Хом мпк К. Т. Влияние осушения на режим речного стока в условиях
Эстонской ССР —Труды ГГИ, 1973, вып. 208, с. 180—186.
279. X о редка я А. С. Потери стока в дельте р. Кубани и их изменение под
влиянием хозяйственной деятельности.—Труды ГГИ, 1977, выл. 239.
324
280. Христофоров А. В. Прогноз весеннего стока и оценка влияния
хозяйственной деятельности на водный режим рек Центрального региона.
Вестник МГУ, сер. 5, геогр., 1983, № 5, с. 56—61.
281. Царенко Э. И. О влиянии водохранилищ па сток рек Украины,—
Труды УкрНИГМИ, 1964, вып. 51, с. 59—65.
282. Цы цен ко К. В., Харченко С. И., Канн И. А., Ска кал ь-
ский Б. Г. Оценка изменения речного стока и качества вод под влиянием
орошения.— В кп.: Воднобалансовые исследования па мелиорируемых землях.
Материалы междуведомств. совещ. на Валдае, 11—14 сентября 1979 г. Л., 1981>
с. 58—70.
283. Чеботарев А. И., Харченко С. И. О методах оценки возмож-
ных изменений речного стока под влиянием земледелия.— Метеорология и гид-
рология, 1964, № 7, с. 27—32.
,284 . Шааке Джон К., Качмарек Здислав. Изменчивость климата
и проектирование и эксплуатация водохозяйственных систем.— В кн.: Всемирная
конференция по климату. Расширенные тезисы докладов. ВМО, Женева, фев-
раль, 1979 г., с. 208—230.
285. Шалыгин А. Л. Гидрометеорологическое обоснование нормирования
орошения и оценка влияния орошаемого земледелия па речной сток (на при-
мере бассейна р. Куры)/Автореф. диссертации на соискание учен, степени канд.
геогр. наук. Л., ГГИ, 1988.— 16 с.
286. Шебеко В. Ф„ 3 акр ж ев скип П. И., Браг и леве кая Э. А.
Гидрологические расчеты при проектировании осушительно-увлажнительных
систем.— Л.: Гидрометеоиздат, 1980.— 311 с.
287. Шебеко В. Ф. Влияние осушительных мелиораций на водный режим
территорий.— Минск, Ураджай, 1983.— 200 с.
288. Шелутко В. А. Техника статистических вычислений в гидрологии.—
Л.: Изд-во ЛПИ, 1977.— 174 с.
289. Ш ер еш ев ски й А. И. Влияние каскада водохранилищ па Днепре
в характерные по водности годы.— Труды УкрНИИ, 1977, вып. 158, с. 37—43.
290. Ш е р е ш е в с к и й А. И., Войцехов ич В. А. Влияние хозяйствен-
ной деятельности на сток Днестра.— Труды УкрНИИ, 1984, вып. 200, с. 69—75.
291. Шикломанов И. А. Использование электронных моделирующих уст-
ройств для расчетов дождевых паводков с учетом районной кривой инфильт-
рационной способности водосборов.— Труды ДВНИГМИ, 1969, вып. 28, с. 115—
129.
292. Ш и к л о м а н о в И. А. О влиянии орошения па годовой сток рек
Куры, Терека и Кубани.— Труды ГГИ, 1973, вып. 208, с. 60—79.
293. Шикломанов И. А., К о ж е в и и к о в В. П. Потери стока р. Волги
в Волго-Ахтубинской пойме и в дельте.— Труды ГГИ, 1974, вып. 221, с. 3—47.
294. Шикломанов И. А. Методы расчета паводков с использованием
ЭВМ.— В кн.: Расчеты максимального стока при проектировании дорожных
сооружений. М., 1975, с. 267—296.
295. Шикломанов И. А. Гидрологические аспекты проблемы Каспий-
ского моря.—Л.: Гидрометеоиздат, 1976.— 77 с.
296. Ш и к л о м а н о в И. А. Влияние хозяйственной деятельности на вод-
ные ресурсы и гидрологический режим.— Обнинск, 1976 — 110 с.
297. Шикломанов И. А., Веретенникова Г. М. Оценка измене-
ний годового стока рек СССР под влиянием водохранилищ.— Труды ГГИ, 1978,
вып. 239.
298. Ш и к л о м а н о в И. А. Антропогенные изменения водности рек —Л.:
Гидрометеоиздат, 1979.— 300 с.
299. Ш икл ом ано в И. А. Антропогенные изменения стока рек, их
оценка и учет при водохозяйственном проектировании. Специфические аспекты
325
гидрологических расчетов для водохозяйственного проектирования.— В кн.: Ма-
териалы международного симпозиума. Л., 1981, с. 419—432,
300. Ш и к л о м а н о в И. А., Фатуллаев Г. Ю. Антропогенные измене-
ния стока р. Куры.— Метеорология и гидрология, 1983, № 8, с. 71—78.
301. Ш и к л о м а н о в И. А., Георгиевский В. Ю., Моисеен-
ко в А. И. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим Нижней
Волги,—Труды ГГИ, 1984, вып. 291, с. 3—13.
302. Ш и к л о м а н о в И. А. Динамика водопотребления и водообеспечен-
ности в мире,—Водные ресурсы, 1986, № 6, с. 119—139.
303. Ш и к л о м а и о в И. А., М а р к о в а О. Л. Проблемы водообеспечения
и переброски стока в мире,—Л.: Гидрометеоиздат, 1987,—293 с.
304. Ш и к л о м а н о в И. А. Исследование водных ресурсов суши: итоги,
проблемы, перспективы.— Л.: Гидрометеоиздат, 1988.— 170 с.
305. Шкаликов В. А. Изменение режима стока малых рек под влиянием
осушения болот и заболоченных земель.— В кн.: Проблемы мелиорации земель
юго-запада Нечерноземной зоны РСФСР. М., 1983, с. 103—113.
306. Шпак И. С. Влияние леса на водный баланс водосборов.— Киев:
Наукова думка, 1968.— 284 с.
307. Шпак И. С. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток.—
Труды 4-го Всесоюзн. гидрол. съезда, 1975, т. 4, с. 479—488.
308. Ш у л и и е п к о Т. Ф. Изменение стока средних рек лесостепной и
степной зон Украины под влиянием метеорологических факторов и хозяйствен-
ной деятельности.— Сборник работ по гидрологии, 1982, № 17, с. 96—120.
309. Шульц В. Л. Реки Средней Азии.— Л.: Гидрометеоиздат, 1965.—
691 с.
310. Юнусов Г. Р. Устойчивость норм годового стока и сезонных рас-
ходов рек в условиях развития на их водосборе агротехнических мероприятий.—
Исследования поверхностного и подземного стока. М.: Наука, 1967, с. 88—100.
311. Юнусов Г. Р. Динамика стока рек бассейнов Аральского моря и
оз. Балхаш в связи с развитием орошения.— Труды ГГИ, 1974, вып. 221,
с. 128—160.
312. Bacastow R. and Bjorkstroin A. Comparjson of ocean models
for the carbon cycle. In: Carbon Cycle Modelling. B. Bolin (Ed.). John Wiley and
Sons. Chichester and New York, 1981, p. 29—79.
313. Bauer D. Der Einfluss des Gewasserausbaus auf den Hochwasserab-
fluss. Wasserwirtschaft-Wassertechnik— 1975, 25 Jg., N 10, s. 351—353.
. 314. Biel aw ski Z. The Nash model applied for hydrograph simulation of
an urbanized catchment. In: “Hydrologicsl processes in the catchment”. Proceed-
ings Cracow, 8—11 May 1986. Part II, p. 15—21.
315. Bolin B. Energy and climate. Stockholm, 1975, 55 p.
316. Bolin B. Changes in land biota and its importance for the carbon
cycle. Science, 1977, v. 196, p. 613—615.
317. Broecker-W. S. Climatic change: are we on the brink of a pronoun-
ced climatic warning? — Science, 1975, v. 189, N 4210, p. 460—463.
•318. Callender G. S. The artificial production of carbon dioxide and its
influence on temperature.— Quart. • J. Roy. Met. Soc., 1938, v. 64, N 27, p. 223
240.
319. Crawford N. H. and Li ns ley R. K. Computation of a synthetic
streamflow record on a digital computer. 1960. Bull. IAHS, 51, '526.
320. Delleur J. W., Dendron S. A. Modeling the runoff process in ur-
ban areas. 1980. “CRC Crit. Rev. Environ. Conlr.” 10, N 1, p. 1—64.
321. Energy and Climate. Studies in Geophysics. Washington: Nat. Acad.
Sci., 1977, 158 p.
326
322. Environmental Management of Agricultural Watersheds. G. Golu-
bev. Editor. International Institute for Applied Systems Analysis. Laxonburg,
Austria» 1983, 270 p.
323. Extrapolation of data from representative and experimental basins
with particular reference to effects of man’s activities. Symp., Helsinki, Finland,
1980.
324. Hafele W. A global and long-range picture of energy development.—
Science, 1979, v. 209, p. 174—182.
325. Ha meed S., Cess R. D., Hogan J. S. Response of the global cli-
mate to changes in atmospheric chemical composition due to fossil fuel burning.—'
J. Geophys. Res., v. 85, N Cl2, p. 7537—7545.
326. Hearing of the Committees on Science and Technology. US House
of Representatives, 1976.— 779 p.
327. Holecek G. Determination of transformation effects in the basin on
the basis of multiple regression analysis.— IAHS—AISH PubL, 1980, N 130,
p. 9—14.
328. Houghton R. A., H о b b i e J. E., M e 1 i 1 1 о J. M., M о о г e . В., Pe-
terson В. J., Shavez G. R. and Wood we 11 G. M. Changes in carbon.con-
tent of terrestrial biota and soils between 1860 and 1980: a net release of СОг
to the atmosphere. Ecological Monographs, 1983, 53, 235—262.
329. Hydrological processes in the catchment. Proceedings. Cracow,
8—11 May 1986. Part II, p. 202.
330. Jones B. L. Effects of agricultural conservation services on the hydro-
logy of Corey Creek basin, Pensylvania, 1954—1960. Geological Survey Water-
Supply Paper, 1966, N 1532-C, Washington, 44 p.
331. J о n e s P. D., Wigley T. M. L., Wright P. B. Global temperature
variations between 1861 and 1984.— Nature, 1986, v. 322, p. 430—434.
332. Jones P. D., Raper S. G. B., Bradley R. S., Diaz H. F. Kelly
P. M., Wigley T. M. L. Northern Heinispheer surface air temperature variations;
1851 —1984. Journ. of Clim. and Appl. Meteor. 1986, v. 25, N 2, p. 161 —179.
333. Keeling C. D., В аса stow R. В Impact of industrial gases on cli-
mate.— In: ‘‘Energy and Climate”, Studies in Geophys Nat. Acad. Sci., Washing-
ton, 1977, p. 72—95.
334. Keller R. The hydrological role of agricultural practices — Environ-
mental Management of Agricultural Watersheds. G. Golubev — Editor. Laxenburgr
Austria. 1983, p. 9—34.
335. Lloyd W., Marston R. New trends in the Rio-Grande runoff down-
stream El-Paso (Texas, USA). “Tex. J. Sci.”, 1982, N 2, 137—147.
336. Lull H. W., Sopper W. Factors that < influence streamflow in the
North-East—Water Res. 1966, v. 2. N 3, p. 371—379.
337. Machta L. Prediction of CO2 in the‘atmosphere.— In: Carbon and the
Biosphere. US Atomic Commission, 1973, p. 21—31.
338. Male tic J. T. et al. Salinity in Water Resources. Proceedings of the
15th Annual Western Resources Conference, VII, 1973, Boulder, Colorado, 1974r
p. 177.
339. Manabe S., Wetherald R. T. The effect of doubling the CO2 con-
centration on the climate of a general circulation model. J. Atm. Sci. 1975, v. 32,
N 1, p. 3—15.
340. Manabe S., Wetherald R. T. On the distribution of climate change
resulting from an increase in CO2-content of the atmosphere. J. Atm. Sci., v. 37r
N 1, p. 99—118.
341. Manual on drainage in urbanized areas. Volume 1, 2. Unesco 1985,
P- 203, 135.
342. Mustonen S. E., Seuna P. The hydrological effects of forest drai-
nage. Casebook of methods of computation of quantitative changes in the hydro-
327
logical regime of river basins due to human activities. UNESCO, 1980, p. 108—
115.
343. Nash J. E. Systematic determination of unit hydrograph parameters
1959, J. Geophys. Res., 64, 111.
344. O'D onncl 1 T. Deterministic catchment modelling. In: “River flow mo-
delling and forecasting” edited by D. A. Kraiicnhoff and J. R. Moll. D. Reidel
Publ. Company. 1986, p. 11—39.
345. Reich cl E. Die Zunahme dcr Verdunslung als cine Ursache des Was-
sermangcls. Die Wasscrwirtschaft, 1953, H. Б.
346. Ricca V., Simmons P. W., McGuinness G. L., Taigani-
des E. P. Influence of land use on runoff from agricultural watersheds —“Trans
ASAE”, 1970, v. 13, N 2, p. 187—190.
347. River flow modelling and forecasting. Edited by D. A. Kraijenhoff and
J. R. Moll, 1986. D. Reidel Publishing Company. 372 p.
348. Ro tty R. M. Present and future production of CO2 from fossil fuels.
A global appraisal. CONF-770385.— Workshop on the global effects of carbon
dioxide from fuels. 1979, p. 36—43.
349. S a g a n С., To о n О. B., and Pollack J. B. Human impact on climate
of global significance since the domestication of fire.— Science, 1979, v. 204,
N 4425, p. 1363—1368.
350. Sagi I\. Scupadokbol szarmazo felszini vizek ontozott teriileteu— Ontoz
Garda — Kodas, 1966, v. 4, N 1, p. 39—47.
351. Sponsor R. G., Saxton R. E., Heinemann H. G. Water yield
and erosion response to land management.— “J. Soil a. Water Conserv ”, 1973,
v. 28, N 4, p. 163—171.
352. S t a n e s с u V. A. iMathcmatical and physical modelling. Casebook of
methods of computation of quantitative changes in the hydrological regime of
river basins due to human activities. UNESCO, 1980, p. 53—65.
353. S t о 11 c W. J., Herrington R. Changes in the hydrologic regime
of the Battle river basin, Alberta, Canada.— J. Hydrol. 1984, v. 71, N 3/4,
p. 285—301.
354. The global 2000 Report to the President of the U. S. Entering the
twenty-first century. Vol. 1—3.— Washington D. C. U.S. Government Printing
Office, 1980.
355. V i e s e r H. Folgen der Ausbaumausnahmen am Oberrhein auf den
Hochwasserabfluss. Deutsche Gewasserkdl. Mitteilgn. 1973, Sonderheft, S. 42—50.
356. Wittenberg H. A model to predict the effects of urbanization on
Avatershed response. National Symposium on Urban Hydrology and Sediment
Control. Univ. Kentucky. July 28—31, 1975, p. 161—467.
357. W о о d w e 11 G. M. The carbon dioxide question.— Scientific American.
1978, v. 238, N 1, p. 34—43.
358. X a f a 1 e W. et al. Possible impacts of waste heat on global climate
patterns. Second status report of the IIASA project on energy systems. Interna-
tional Institute for Applied Systems Analysis. Laxenburg, 1976, p. 134—148.
359. Yevjevich V. Fluctuations of wet and dry years. An analysis of va-
riance spectrum, Colorado State University, Hydrology 1977 Paper 94.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоколебательные процессы 262
Альбедо земной поверхности 266, 270
Антропогенные изменения стока рек СССР
— происшедшие 249
— ожидаемые 253
Бассейны-индикаторы 59
Безводная технология 209
Биопродуктивность леса 196
Блоки модели бассейна Волги 238
Бореальные районы 208
Влаго- и теплообеспеченность 100
Водопотребление
— безвозвратное 9, 111, 209, 210
— водохранилищами 10
— коммунальное 9, 257
— полное 9, 210
— промышленное 9, 209, 257
— сельскохозяйственное 9, 175, 176
— теплоэнергетикой 207, 210
— удельное 109, ПО, 204
Водоудерживающая способность растений 181
Возвратные воды 109
Восстановление речного стока 74
Вырубка лесов и лесовосстановление 14, 194
Глобальная температура 279, 296
Глобальное потепление 296
Глобальный климат 294
Двухстороннее регулирование 149
Деградация природной среды 10
Дефицит водопотребления 106
Диалоговый режим 240
Динамическая шероховатость '180
Дополнительные
— осадки 109, 117
— сток 117
Евтрофирование водоемов 75, 177
Зяблевая пахота 158
Индекс листовой поверхности 181
— сухости 136, 169
— увлажненности и проницаемости почвы 165
329
Интеграл Дюамеля 225, 230
Интегральные кривые 31
Интенсивность рубки леса 199
Информационное обеспечение 239
Ирригационные зоны 106
— периферийная 106
— прибрежная и пойменно-дельтовая 106
Испарение естественное 52
— непродуктивное 52
Использование морской воды 209
Калибровка модели 221
Коллекторно-дренажные воды 105
Компенсационные ресурсы 115
Комплекс программ 242
Комплексный антропогенный фактор 54
Конденсационные или «горизонтальные» осадки 180
Контрольные водосборы 128
Концентрация в атмосфере
— аэрозоля 267, 288
— парниковых газов 264
— углекислого газа (СО2) 262
Коэффициент
— влагооборота 16, 17
— влияния возраста леса 198
— водоотдачи грунтов 82
— возвратных вод 109
— зарегулированности стока 70
— наполнения водохранилищ 82
— полезного действия оросительной сети 107, 110
— потенциальной продуктивности климата 101
— преобразования стока 133, 140, 147
— снегозапасов 184
— фильтрации 133
Кривые добегания или функции влияния 226, 229
Леса
— лиственные 188, 195
— молодые 188
— спелые 188
— средневозрастные 189
— хвойные 188, 195
Лесная гидрология 178
Лесные биогеоцинозы 194
Малые газовые составляющие 275, 285
«Малый ледниковый период» 259
Межледниковые периоды 259
Мероприятия
— агролесомелиоративные 153, 164
— лесохозяйственные 174, 194
Методы оценки влияния хозяйственной деятельности
— активного эксперимента 21, 190
— воднобалансовые 21
— гидрологической аналогии 34
— линейного тренда 31
— математического моделирования 21, 220
— множественной корреляции 27, 29
— статистические 21, 26
— физического моделирования 21, 23
Методы оценки внутригодового распределения стока
330
— В. Г. Андреянова 67
— реальных лет 70
— руслового водного баланса 74
— «фиктивного» года 70
Минерализация речных вод 120
Модели
— бассейна Волги 231
— детерминированные 222
— комплексные воднобалансовые 222
— с распределенными параметрами 222
— с сосредоточенными параметрами 222
— статистические 222
— Стенфордская 221
— фотосинтеза 280
Неустановившееся движение воды 233
Объем водохранилищ
— полезный 63
— полный 63
Оледенение 259
«Остров» тепла 266
Осушение болот 14, 121
Палеоклиматические
— аналоги 296
— данные 295
Параметр заливаемости 80
«Парниковый эффект» 285
Переброски стока 13
Питание грунтовых вод 166
Площади
— затопления. 77
— подтопления 79
Подсечно-огневое земледелие 265
Пополнение подземных вод 81
Противоэрозионные мероприятия 155
Распашка земель 13
Регрессия и трансгрессия 259
Регулирование стока 66
— многолетнее 70
— сезонное 67
Рост биомассы 283
Сельскохозяйственное водоснабжение 175
Система водоснабжения
— замкнутая 208
— прямоточная 208
— оборотная 208
Скважность и проницаемость почвы 153
Статистические критерии однородности 30
Структура
— леса 199
— потерь стока 51
Суммарные потери стока 52
Таксация лесов 196
Тепловое «загрязнение» 209
Территориальные зависимости стока 61
Турбулентная диффузия 283
ззг
Углеродный цикл 276
Урбанизация 14, 203, 214, 267
Урбанизированные территории 214, 218
Условно-естественный период 55
Факторы хозяйственной деятельности 13
Фанерозой 258
Фитомасса 183, 196
Фотосинтез 276
Функция преобразования 141
Численный эксперимент 221
Ювинильные воды 15
Ядра конденсации 267
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ........................................................
Глава 1. Факторы хозяйственной деятельности и методические основы
оценки влияния их иа речной сток....................................
1.1. Актуальность проблемы изучения антропогенных изменений
речного стока .................................... ......
1.2. Классификация факторов хозяйственной деятельности . .
1.3. О возможностях антропогенных изменений отдельных эле-
ментов гидрологического цикла.............................
1.4. Классификация расчетных методов оценки и прогноза ант-
ропогенных изменений речного стока .......................
Глава 2. Статистические методы оценки антропогенных изменений реч-
ного стока ................................................
2.1. Исходные данные и предпосылки.........................
2.2. Об оценке влияния хозяйственной деятельности при нали-
чии одного исходного ряда наблюдений за стоком ....
2.3. Методы гидрологической аналогии.......................
2.4. Методы и способы оценки антропогенных изменений стока
по метеорологическим факторам ............................
2.5. Методы оценки по характеристикам естественного стока
в зоне формирования ......................................
2.6. Территориальные зависимости стока рек от физико-геогра-
фических, метеорологических и антропогенных факторов . .
Глава 3. Масштабы и тенденции сооружения водохранилищ и прудов,
оценка влияния их на речной сток ...................................
3.1. Масштабы и тенденции сооружения водохранилищ в мире
3.2. О влиянии водохранилищ на внутригодовое распределение
стока ....................................................
3.3. Влияние водохранилищ на годовой сток рек..............
3.4. Влияние прудов и малых водохранилищ на водный режим
Глава 4. Влияние развития сельского хозяйства на сток рек...........
4.1. Орошение и его влияние па речной сток.................
4.2. Гидрологический эффект осушительных мелиораций . . .
4.3. Влияние агролесомелиоративных мероприятии на склоновый
и речной сток ............................................
4.4. О влиянии сельскохозяйственного водоснабжения на сток
рек ......................................................
Глава 5. Влияние леса и лесотехнических мероприятий па речной сток
и водный баланс ....................................................
5.1. Общие положения........................................
5.2. Влияние леса па осадки и накопление снега..............
5.3. Испарение с леса и поля................................
5.4. Влияние леса на речной сток .........................•
5.5. Оценка и прогноз влияния лесотехнических мероприятий
на водные ресурсы и водный баланс .........................
Глава 6. Промышленно-коммунальное водопотребление и урбанизация
и их влияние па речной сток.........................................
6.1. Промышленно-коммунальное водопотребление и его роль
в изменении стока рек .....................................
6.2. Влияние урбанизации па гидрологический цикл............
Глава 7. Об использовании методов математического моделирования для
оценки и прогноза антропогенных изменений речного стока . .
7.1. Виды моделей и особенности их применения для оценки
антропогенных изменений стока ..................... . . . .
7.2. Использование моделей, основанных па интеграле Дюамеля
(интегралы свертки) .......................................
3
5
12
15
20
26
29
34
38
46
61
63
66
75
90
99
121
153
175
178
179
186
190
194
203
204
214
220
225
333
7.3. Математическая модель формирования и использования
стока больших речных систем (на примере бассейна р. Вол-
Глава 8. Изменение стока рек СССР под влиянием хозяйственной дея-
тельности .......................................................... 243
8.1. Общая методология; исходные данные и предпосылки . . _
8.2. Происшедшие изменения годового стока рек; анализ резуль-
татов прогнозов, выполненных в 1975 г....................... 249
8.3. Ожидаемые в перспективе антропогенные изменения стока
рек и притока во внутренние моря............................ 253
Глава 9. Антропогенные изменения климата и водные ресурсы .... 258
9.1. Колебания климата и водных ресурсов...................... —
9.2. Антропогенные изменения локального климата и водные
ресурсы .................................................... 264
9.3. О влиянии использования пресных вод на глобальный вла-
гооборот и климат........................................... 270
9.4. Влияние человека на состав атмосферы и глобальный кли-
мат .................................................. .... 275
9.5. Прогнозы антропогенных изменений климата и водные ре-
сурсы будущего.............................................. 291
9.6. Задачи гидрологических исследований.................... 308
Список литературы .......................................... 312
Предметный указатель........................................ 330
Монография
Игорь Алексеевич Шикломанов
ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
НА РЕЧНОЙ СТОК
Редактор 3. М. Кожина. Художник Е. Е. Городная.
Б. Л. Денисовский. Технический редактор Н. В. Морозова.
Художественный редактор
Корректор Л. И. Хромова.
ИВ № 1814’
Сдано в набор 29.05.89. Подписано в печать 02.11.89. М-17698. Формат 60х90’/ы. Бумага
типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Печ. л. 21,0. Кр.-отт. 21,0.
Уч.-изд. л. 23,94. Тираж 1740 экз. Индекс ГЛ-118. Заказ № 159. Цена 4 руб.
Гидрометеоиздат. 199226. Ленинград, Беринга. 38
Ленинградская типография № 4 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского
объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой при Государственном комитете
СССР по печати. 190000, Ленинград. Прачечный переулок, 6.