Распределение стока по территории

Лекция 7-8

Тема: Сток рек Казахстана и СНГ

Расматриваемые вопросы: Распределение стока. Изменение стока по времени. Влияние хозяйственной деятельности. Классификация рек по Б.Д.Зайкову. Влияние хозяйственной деятельности на сток рек.

Характерной особенностью в распределении среднего многолет­него стока на территории СНГ является широтная зональность его, наиболее отчетливо выраженная в равнинных частях Содружества, и тенденция к уменьшению стока в направлении с запада на вос­ток под влиянием континентальности климата.

В равнинных частях норма стока, как правило, уменьшается с севера на юг. Вместе с тем в пределах Русской рав­нины располагается широкая полоса повышенного стока (больше 300 мм), охватывающая бассейны рек Выга, Кеми, Онеги, Северной Двины, Печоры и др. К югу и северу от этой полосы сток умень­шается. Наименьших значений норма стока достигает в Причерноморской и особенно в Прикаспийской низменности, 20-10 мм и ме­нее. На территории Западно-Сибирской равнины максимум стока наблюдается на широте 64-66° и составляет 250 мм (бассейн р. Пур). На побережье Карского моря сток меньше, около 200 мм, к югу уменьшается и в зоне степей равен около 10 мм.

Другой характерной чертой, помимо зональности, в распределе­нии стока на территории является отчетливо выраженное влияние рельефа. Даже относительно небольшие нарушения спо­койного равнинного рельефа Русской равнины вызывают увеличе­ние стока, что хорошо прослеживается в районах Валдайской, При­волжской и Среднерусской возвышенностей, Донецкого кряжа. Уральский хребет представляет собой обособленную интрозональную область стока с более высокими значениями стока на западных склонах по сравнению с восточными. В бассейне р. Шугор отмечен максимум нормы стока для европейской части СССР — около 800 мм.

Окраинные горные системы Крыма, Кавказа, Средней Азии, Ал­тая, Саян характеризуются сложным распределением стока, в об­щем соответствующим распределению осадков. Склоны гор и воз­вышенностей, обращенные навстречу влагоносным воздушным циркуляциям и обильно орошаемые осадками, отличаются повышен­ным стоком. На южных склонах Главного Кавказского хребта сток значительно больше, чем на северных. В бассейне р. Чхалта, в при­токе Кодори, он достигает около 3000 мм в год. Во внутренних ча­стях горных районов, защищенных высокими хребтами от приноса влаги, наблюдается резкое снижение нормы стока. Так, во внутрен­них областях Памира и Тянь-Шаня норма стока составляет всего лишь 60-70 мм в год. На Алтае, в засушливой Чуйской степи, норма стока снижается до 20 мм, в то время как в бассейне р. Томь она составляет около 1500 мм. Средний модуль стока для территории бывшего СССР в целом равен 6,2 л/(с-км²), что соответствует слою стока примерно 195мм.

Наибольшим расходом воды в мире характеризуется Амазонка – более 200000 м³/с. В СНГ 4 реки имеют средний расход воды более 10000 м³/с: Енисей, Обь, Лена, Амур. Средний расход воды наиболее многоводной реки -–Енисея – около 20000м³/с.

В Казахстане 40 % территории занимают пустыни, где сток не формируется, и 23 % - полупустыни, где сток ничтожен. В итоге на половине территории республики годовой сток менее 2 мм в год. Мал сток и на севере Казахстана – 5-10 мм в год. В пределах возвышенностей и низких гор он выше – до 20-50 мм. В горах он значительно больший – до 1000-1500 мм.

При этом важно, что у нас очень велики колебания стока во времени – как по сезонам, так и в многолетнем разрезе (кроме горных рек). Коэффициент вариации годового стока может превосходить 1-1,2 и даже 1,5.

Оценки годового стока конкретных рек не всегда одинаковы, сток заметно меняется во времени. Наибольшей водоносностью отличается Иртыш (Ертыс) – порядка 900 м³/с. Раньше Сырдарья несла в пределы Казахстана примерно 730 м³/с, но теперь ее водность уменьшилась. Порядка 460 м³/с дает р.Или, 320-380 м³/с – Урал. Из горных рек самая многоводная – Бухтарма –
250 м³/с.

Колебания стока во времени.

Колебания годового стока зависят от изменчивости годовых осадков и испарения, а также от тех факторов, которые опреде­ляют общую зарегулированность годового стока рек СССР. Таким фактором являются прежде всего запасы подземных вод, опреде­ляющие общую регулирующую емкость подземного водохрани­лища. Так как запасы подземных вод, питающие реки, имеют зо­нальное распределение и уменьшаются, как правило, с севера на юг в соответствии с изменением общей увлажненности тер­ритории, то и колебания годового стока изменяются в этом же направлении, т. е. возрастают по мере увеличения засушливо­сти климата.

Кроме того, на зарегулированность стока влияют местные фак­торы: размер бассейна, озера, карст, песчаные почво-грунты, ле­систость и т. д., а в горных районах — снежники и ледники. Влия­ние размера бассейна сказывается в том, что с увеличением пло­щади водосбора увеличивается, как правило, глубина вреза русла и перехват подземных вод, уменьшающих изменчивость стока. Кроме того, с увеличением площади водосбора сглаживаются раз­личия в колебаниях годового стока отдельных частных водосбо­ров, что также несколько уменьшает вариацию годового стока.

Озера в зоне достаточного и избыточного увлажнения в зависи­мости от своей регулирующей емкости в той или иной мере также уменьшают изменчивость годового стока. Однако в засушливых и полупустынных районах озера, пруды, водохранилища и другие бессточные понижения рельефа создают дополнительные потери на испарение и уменьшают сток маловодных лет и вследствие этого могут не уменьшать, а даже увеличивать вариацию годового стока в зависимости от соотношения площади озера и площади водосбора.

Что касается карста, то его влияние на изменчивость годового стока зависит от характера подземного водообмена закарстованного водосбора реки с соседними речными бассейнами. При положительном подземном водообмене карст является регу­лятором годового стока и его изменчивость может быть на 30-50 % ниже изменчивости стока незакарстованных соседних рек.

При отрицательном подземном водообмене может иметь место обратное соотношение. Песчаные и лесные почвы благодаря большой водопроницаемости способствуют переводу поверхностного стока в подземный и тем самым увеличивают зарегулированность годового стока, т. е. понижают его изменчивость.

Влияние физико-географических факторов на изменчивость го­дового стока подтверждается распределением значений коэффициентов вариации. В зоне достаточного и избы­точного увлажнения, а также в горных районах коэффициенты вариации изменяются от 0,15 до 0,25, в лесостепной зоне от 0,30 до 0,60, в степных и засушливых районах от 0,60 до 1,00. В по­лупустынных районах Казахстана, где реки, как правило, не имеют грунтового питания и где очень высока изменчивость осад­ков и снегозапасов, коэффициенты вариации достигают 1,20-1,50.

Сток образуется в результате выпадения дождей или таяния снега и льда в горах. В обоих случаях часть воды, поступившей на поверхность земли, затрачивается, прежде всего, на заполнение отри­цательных форм микрорельефа (углублений) и на впитывание в почву. Только после заполнения отдельных углублений и притом после того момента, как интенсивность дождя или таяния снега и льда станет превосходить интенсивность инфильтрации, возникает сток.

Вода стекает по поверхности земли обычно не сплошным слоем, а в виде отдельных тонких струй или ручейков, которые сливаются вместе, доходят до русел сначала временных водотоков, а потом об­разуют постоянные потоки, несущие свои воды в сформировав­шемся русле. Сток, происходящий по поверхности земли, называется поверхностным или склоновым стоком. Сток, происхо­дящий по русловой сети водосбора, называется русловым или речным стоком. Поверхностный сток не отождествляется с по­нятием поверхностные воды. К поверхностным водам относятся воды рек, озер, водохранилищ.

Во многих местах, как, например, в лесной зоне, поверхностный сток, как правило, невелик, а иногда и отсутствует вовсе. Большая часть дождевых и снеговых вод стекает иными путями. Просачи­ваясь через почву, эти воды пополняют запасы почвенных и грун­товых вод и попадают в речную сеть подземными путями в виде почвенно-грунтового стока из зоны аэрации и собственно грунтового из более глубоких водоносных горизонтов. В связи с этим выде­ляется почвенный (подповерхностный) сток и подземный (грунто­вой) сток. Речной сток является суммарным поверхностным и под­земным стоком.

В различных ландшафтных зонах и внутри зон соотношения ме­жду поверхностным и подземным стоком неодинаковы, что создает специфические особенности режима речного стока и его распреде­ления по территории.

Сток представляет собой сложный природный процесс, обуслов­ленный влиянием комплекса физико-географических факторов и хо­зяйственной деятельности.

Основными факторами стока, определяющими его развитие, яв­ляются климатические. На общем фоне воздействия климата на формирование стока и его величину проявляется влияние других, неклиматических факторов. Влияние их тем заметнее, чем меньше размеры бассейна и чем короче период, за который рассматрива­ется это влияние.

Все эти факторы находятся в постоянном взаимодействии. Одни из них способствуют его образованию и стеканию по поверх­ности, другие замедляют сток или вовсе исключают Действие различных при­родных факторов проявляется по-разному. Одни из них спо­собствуют стеканию атмосфер­ных осадков по земной поверхности, другие препятствуют возмож­ности образования стока. Влияние физико-географи­ческих факторов сказывается и на величине годового стока и на его режиме.

Влияние климатических факторов на сток. Климатические факторы относятся к главным, определяющим сток. Поскольку климат непосредственно связан с географической широтой и его характеристики меняются с ее изменением, эти факторы относят к зональным.

Местные факторы, не связанные с широтой места, но влияющие на сток, называются азональными. Рассмотрим главные из них.

Влияние почвы на сток. Влияние почвенного покрова на сток и его подземную и поверхностную составляющие осуществляется через процессы инфильтра­ции и испарения. В зависимости от сочетания тех или иных водно-физических свойств почв при данных особенностях климата увели­чивается или уменьшается то количество влаги, которое задерживается в верхнем слое почв и почво-грунтов зоны аэрации и, следовательно, может быть израсходовано в дальнейшем на ис­парение и транспирацию растениями. С другой стороны, этими же условиями определяется и то количество влаги, которое выходит за пределы активного слоя почв и расходуется на пополнение запасов грунтовых вод, участвуя в дальнейшем в питании рек этими во­дами.

Воздействие почвенного покрова на сток и другие элементы вод­ного баланса раскрыто в предложенных М. И. Львовичем теорети­ческих схемах. Как известно, водно-физические свойства почвы меняются с из­менением ее влажности, а так как влажность почвы испытывает се­зонные колебания, то и соотношения элементов водного баланса не остаются постоянными, меняется и структура речного стока. Изло­женные общие закономерности имеют принципиальное значение и характеризуют тенденцию изменения речного стока под влиянием основных свойств почвенного покрова. Примеры количествен­ного воздействия почвенного покрова на режим речного стока не единичны.

Влияние геологического строения речного бассейна на сток. Геологическое строение речного бассейна определяет условия на­копления и расходования подземных вод, питающих реки. В связи с этим литологический состав горных пород, характер их залегания и глубина водоупоров являются существенными факторами форми­рования стока, влияющими на его величину и распределение во времени. Наиболее отчетливо это влияние проявляется при наличии мощных горизонтов хорошо водопроницаемых рыхлых или трещино­ватых пород, воды которых дренируются речными долинами. Влия­ние это усиливается при хорошей инфильтрационной способности почв и грунтов зоны аэрации. В этих условиях горные породы яв­ляются аккумуляторами влаги, обусловливающими равномерное питание рек. Речной сток оказывается зарегулированным, и его ве­личина может быть больше по сравнению с величиной стока бас­сейна реки, сложенного слабо водопроницаемыми породами.

Классификация рек Б.Д.Зайкова.

Классификация – разбивка рек на классы по какому-то важному признаку. Классификация рек бывшего СССР Б.Д.Зайкова может быть положена и в основу районирования территории. Все многообразие режимов рек сведено к некоторому ограниченному числу типов, которые имеют определенное пространственное распространение. Все реки бывшего СССР подразделены на три основные группы:

а) реки с весенним половодьем,

б) реки с половодьем в теплую часть года,

в) реки с паводочным режимом.

Для рек первых двух групп характерны ежегодно повторяю­щиеся примерно в одни и те же сроки большие подъемы воды и сравнительно низкая водность в остальное время года. Паводки большей частью редки и носят случайный характер.

Реки третьей группы отличаются кратковременными павод­ками, ежегодно наблюдающимися в определенные сезоны года.

На территории наиболее распространены реки с весен­ним половодьем, формирующимся от талых вод сезонного снеж­ного покрова. В разных климатических районах половодье прохо­дит в разные месяцы в течение периода с марта по июнь.

В зависимости от характера половодья и режима стока в остальные месяцы реки первой группы Б. Д. Зайков делит на пять типов: 1 - Казахстанский, 2 - Восточно-Европейский, 3 - Запад­но-Сибирский, 4 - Восточно-Сибирский и 5 - Алтайский.

На реках второй группы половодье проходит в месяцы с мая по октябрь и формируется в одних условиях преимущественно за счет муссонных дождей, а в других – в результате таяния высоко­горных снегов и ледников. Реки второй группы разделены на два типа: 6 - Дальневосточ­ный и 7 - Тянь-Шанский.

Реки третьей группы наименее распространены. Они подраз­деляются на три типа: 8 - Причерноморский, 9 - Крымский и 10 - Северо-Кавказский.

Казахстанский тип (1) отличается очень высокой, но короткой волной половодья и низким меженным стоком, вплоть до полного пересыхания. Максимальный расход половодья в де­сятки раз превышает средний годовой расход. Распространен в Центральном и Западном Казахстане и в южном Заволжье. К это­му типу можно отнести также реки Барабинской, Кулундинской и Ишимской степей Западной Сибири.

Восточно-Европейский тип (2) характеризуется высоким поло­водьем, низкой летней и зимней меженью и повышенным стоком осенью. Этот тип распространен на большей части Восточно-Европейской равнины. Летние дождевые паводки обычно невысоки. Осенние паводки бывают почти ежегодно. В северо­западных частях территории высота их может превышать высоту половодья.

Западно-Сибирский тип (3) отличается невысоким, растянутым и сглаженным половодьем, повышенным летне-осенним и низким зимним стоком. К нему относятся реки Западно-Сибир­ской равнины.

Восточно-Сибирский тип (4) характеризуется высоким весен­ним половодьем, частыми летними паводками и очень низкой зим­ней меженью. Характерен для территории, располо­женной к востоку от Енисея и к северу от Саян, Витимо-Олекмин-ской горной страны и бассейна Амура. К этому типу относятся также реки горной части Яно-Индигирского района, Камчатки, Сахалина. Многие реки с площадями бассейнов в десятки и даже сотни тысяч квадратных километров зимой полностью перемер­зают.

Алтайский тип (5) характеризуется сравнительно невысоким, растянутым многопиковым половодьем, повышенным стоком летом и низким стоком зимой. Встречается в зонах сезонных снегов на Алтае, Кавказе, в Средней Азии и на Сахалине. Растя­нутость и многовершинность половодья связаны с продолжитель­ным снеготаянием, которое постепенно распространяется снизу вверх по горным склонам, а также с весенне-летними дождями.

Дальневосточный тип (6) относится к рекам Дальнего Востока, Закавказья, Яно-Индигирского района и Витимо-Олекминской гор­ной страны. Летне-осеннее половодье имеет растянутую многопи­ковую форму. Межень очень маловодна; многие реки зимой пере­мерзают или пересыхают. К числу перемерзающих рек относятся, например, Яна с притоками Адыча и Бытантай, Инди­гирка, Шилка и др.

Тянь-Шаньский тип (7) по характеру гидрографа сходен с Дальневосточным, но отличается от него меньшей амплитудой волны половодья и более высоким стоком зимой. Встречается в высокогорных областях Средней Азии, Большого Кавказа и на Камчатке. Основное питание снего-ледниковое.

Причерноморский тип (8) отличается образованием паводков в течение всего года. Распространен на малых реках черноморского склона Кавказа (реки Сочи, Гумиста, Техури, Суп-са, Натанеби и др.), а также в правобережье Днестра. Паводки образуются в основном от дождей, но некоторое участие прини­мает снег, который быстро стаивает после выпадения.

Крымский тип (9), в отличие от Причерноморского, характе­ризуется паводками в холодное время года. Летом и осенью па­водки редки, а некоторые реки в это время года даже пересыхают. Встречается в горах Крыма, в Ленкорани и на край­нем западе северного склона Большого Кавказа. Северо-Кавказский тип (10) присущ малым рекам предгорий северного склона Большого Кавказа (бассейн Терека), на которых паводки проходят в теплую часть года, а зимой наблюдается ме­жень.

Б. Д. Зайков отмечал, что описанный характер внутригодового режима является типовым, но что в отдельные годы ход стока может сильно отличаться. Судя по виду гидрографов отдельных рек, ту или иную реку можно иногда отнести к типам, не свой­ственным данному району. Кроме того, отдельные участки больших рек могут принадлежать к разным типам. Это – реки с комбинированным режимом. В отличие от них относительно малые реки относятся к рекам с элементарным режимом.

Влияние хозяйственной деятельности на сток рек.

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

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

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

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

Влияние осушительных мелиораций на водный режим рек про­является различно в зависимости от климатических, гидрогеоло­гических и морфологических условий залегания болот, характера их питания, размера рек и глубины вреза их русел, а также от системы осушения. Все же можно сделать некоторые общие вы­воды.

В первые годы после осушения, когда резко уменьшается испарение (примерно на 15-20%) и срабатываются многолетние запасы воды, обычно наблюдается некоторое увеличение стока по­ловодья и годового стока в целом. В последующие годы, при использовании осушенных земель под сельскохозяйственные угодья и лесопосадки, сток снижается и приближается к первоначальной величине или даже немного ниже ее. Интенсивное освоение пойменных болот на притоках Днепра повлекло уменьшение годового стока на 20-30%.

Максимальные расходы половодья и дождевых паводков в ре­зультате осушения изменяются сравнительно мало.

Создание водохрани­лищ или их каскадов преследует цель накопления воды на опреде­ленных участках реки с последующим планомерным расходова­нием ее на нужды сельского хозяйства (орошение, обводнение), водоснабжения, а также в интересах энергетики, речного транс­порта, рыбного хозяйства и других отраслей. При сезонном регулировании большая часть стока половодья может быть задержана в водохранилище и ниже плотины расход воды остается близким к предвесеннему. В межень (летом и зи­мой) он, наоборот, повышается за счет попусков иногда в два-три раза.

Дата добавления: 2014-01-05