Глава 8. Водный баланс Советского Союза и гидрологические зоны

Водный баланс территории СССР определяется соотношением приходо-расходных элементов. К элементам прихода относятся атмосферные осадки и конденсация влаги на поверхности, а к элементам расхода - речной сток и испарение. Если рассматривать водный баланс за короткий промежуток времени, то существенное значение приобретают накопление и расходование грунтовых вод. Складываясь из положительных (накопление) и отрицательных (расходование) величин, что зависит от много водности или маловодности того или иного года, эти элементы баланса при рассмотрении процесса за длительный многолетний период компенсируются; тогда уравнение водного баланса суши, если пренебречь величиной конденсации, принимает простой вид: у = х - z, т. е. сток с поверхности суши равен осадкам минус испарение.

П. С. Кузиным составлен многолетний водный баланс по территории СССР и по отдельным бассейнам морей; полученные им результаты сведены в табл. 15.

Таблица 15. Водный баланс СССР

Бассейн	Площадь в тыс. км2	Осадки	Сток	Испарение	Коэффициент стока
см	км3	см	км3	см	км3
Баренцево и Белое моря								0,70
Балтийское море								0,42
Черное и Азовское моря								0,24
Каспийское море								0,24
Аральское море и бессточные реки и озера Средней Азии								0,21
Карское море								0,45
Море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря								0,66
Берингово, Охотское и Японское моря								0,53
Всего								0,46

Общее количество осадков за год в среднем для территории СССР составляет слой в 400 мм, или 8600 км³, причем эта величина, по-видимому, несколько преуменьшена за счет недостаточного учета зимних осадков в северных, а также в горных районах. Величина стока определяется в 180 мм, или 3900 км³, что примерно соответствует 16 объемам годового стока р. Волги. Испарение с поверхности суши, определенное как разность осадков и стока, в среднем равно 220 мм, или 4700 км³. Распределение элементов водного баланса на территории СССР, по В. А. Троицкому и Б. Д. Зайкову, приведено на рис. 19-23.

Рис. 19. Годовая сумма осадков (в мм) на территории СССР (по В. А. Троицкому).

Рис. 20. Годовой слой стока (в мм) (по В. Д. Троицкому).

Рис. 21. Распределение коэффициентов стока на территории CCCP (no В. A. Троицкому).

Рис. 22. Годовой слой испарения с поверхности речных бассейнов (в мм) (по В. Д. Троицкому).

Рис. 23. Годовой слой испарения с водной поверхности (в см) (по Б. Д. Зайкову).

Рассмотрение природы как единого целого позволяет установить ряд важных закономерностей, касающихся вод земного шара, сущность которых сводится к явлению зональности в их распределении. Каждой ландшафтной географической зоне свойственна определенная степень ее водообеспеченности. С изменением географического ландшафта изменяется густота речной сети, водоносность рек, количество рек и озер, степень заболоченности и глубина залегания подземных вод. Изменение касается не только количественных, но и качественных характеристик - меняется водный баланс в целом. Следовательно, по географическому ландшафту в известной мере можно судить и о присущих ему качественных и количественных характеристиках вод.

Явление зональности может быть хорошо прослежено в равнинной части Европейской территории СССР и в Западной Сибири. Как известно, в направлении с севера на юг происходит следующая закономерная смена ландшафтных и соответствующих им гидрологических зон:

1) зона тундры, или влажная (сырая),
2) зона лесная, или избыточно влажная,
3) зона лесостепи, или переменно влажная,
4) зона степи и полупустыни, или полусухая,
5) зона пустыни, или сухая.

Области распространения этих зон показаны на карте (рис. 24).

Рис. 24. Гидрологические зоны (но В. A. Троицкому).
I - очень влажная зона, II - избыточно влажная, III - переменно влажная, IV - полусухая, V - сухая, VI - горные области.

Каждой гидрологической зоне свойственно свое характерное соотношение элементов водного баланса. Это хорошо можно видеть на графике (рис. 25), где в зависимости от широты показано изменение в Европейской части СССР величин годовых сумм осадков, стока, испарения с поверхности суши и водной поверхности. Максимум (гребень) осадков наблюдается примерно на широте 60°, откуда к северу и к югу количество их убывает. Максимум, (гребень) стока отмечается несколько севернее. Несовпадение максимума осадков и максимума стока объясняется тем, что в области гребня осадков возрастают потери на испарение в сравнении с более северными районами. Гребень испарения с суши располагается южнее гребня осадков, примерно на широте 57,5° с. ш. В то время как испарение с поверхности суши к югу от гребня уменьшается, испарение с водной поверхности непрерывно увеличивается в направлении с севера на юг и достигает 1000 мм в год и более в районе Прикаспийской низменности.

Рассмотрим на примере Европейской части СССР, какие характерные гидрологические свойства присущи каждой из этих ландшафтных зон.

Зона тундры занимает крайний север Европейской части СССР; южная ее граница примерно совпадает с изотермой 10° самого теплого месяца - июля. Лето здесь короткое и холодное, зима продолжительная и суровая, влажность воздуха и облачность значительны. Осадков выпадает относительно мало - 400-300 мм в год.

В гидрологическом отношении для зоны тундры характерно малое испарение с водной поверхности, составляющее не более 300 мм в год, и с поверхности речных бассейнов, не превышающее 100 мм в год. Коэфициент стока высокий - достигает 0,8 и более; водоносность рек сравнительно небольшая, что объясняется относительно малым количеством атмосферных осадков.

Изложенное можно видеть на примере р. Усы, бассейн которой частично заходит в зону тундры (табл. 16). Приведенный пример ярко подчеркивает основную гидрологическую особенность зоны тундры - преобладание стока по сравнению с ничтожными потерями на испарение.

Рис. 25. Изменение соотношения элементов водного баланса по направлению с севера на юг в Европейской части СССР (разрез по 50° в. д.).

При таком соотношении элементов водного баланса в зоне тундры уровень грунтовых вод стоит высоко, почти вровень с поверхностью; несмотря на значительную заболоченность мощность торфа здесь невелика, так как низкие температуры воздуха и почвы не благоприятствуют разложению органических веществ. Эрозионная деятельность рек проявляется слабо вследствие наличия вечной мерзлоты и значительной заболоченности. Это подтверждается и малой мутностью речных вод, которая в зоне тундры не превышает 20 г/м³.

Таблица 16. Осадки, сток и испарение в бассейне р. Усы

Бассейн	Площадь бассейна, км2	Годовая сумма атмосферных осадков, мм	Годовой сток, мм	Годовое испарение, мм	Среднегодовой дефицит влажности воздуха, мм	Коэффициент стока
Уса					1,2	0,92

При большом поверхностном стоке почвы хорошо промыты, что обусловливает малую минерализацию вод. Воды здесь мягкие, гидрокарбонатного класса и отличаются повышенным содержанием органических веществ. Лесная зона характеризуется продолжительной и холодной зимой при сравнительно теплом лете. Средняя температура самого теплого месяца июля 10-20°. В этой зоне выпадает наибольшее количество атмосферных осадков - 450-650 мм. в год г здесь расположена область максимума, или гребень осадков, от которого они убывают к северу и к югу. Лесная растительность является важнейшим элементом ландшафта и представлена в северной части хвойными лесами (ель, сосна, пихта), а в южной и главным образом в юго-западной - смешанными лесами (лиственными и хвойными).

При таких климатических и других природных условиях, свойственных лесной зоне, она в гидрологическом отношении (табл. 17) отличается следующими основными особенностями. Испарение с водной поверхности и поверхности речных бассейнов возрастает по сравнению с зоной тундры и достигает в южной части 600 мм в год с водной поверхности и 300-450 мм в год с поверхности речных бассейнов.

В южной части лесной зоны проходит изолиния наибольших значений испарения с поверхности речных бассейнов (гребень испарения), к северу и к югу от которой величина испарения уменьшается. Поверхностный сток здесь высокий и относительная водность рек велика; примерно в центре таежной подзоны проходит область максимума, или гребень, стока, где годовой модуль стока достигает 10 л/сек с 1 км2; к югу и северу от этой, области сток уменьшается. Коэффициент стока колеблется от 0,8 на севере до 0,4 на юге зоны. Грунтовые воды в лесной зоне располагаются неглубоко от поверхности (в 4-5 м) и активно участвуют в питании рек. Условия этой зоны являются оптимальными по соотношению тепла и влаги для широкого развития процессов торфообразования, поэтому болота здесь весьма сильно распространены и мощность их значительна. Характерно развитие моховых болот не только в пониженных местах, но и на плоских водоразделах и междуречьях.

Таблица 17. Осадки, сток и испарение в речных бассейнах лесной зоны Европейской части СССР

Бассейн	Площадь водосбора, км2	Годовая сумма осадков, мм	Годовой сток, мм	Годовое испарение, мм	Среднегодовой дефицит влажности воздуха, мм	Средний коэффициент стока
Подзона тайги
Печора					1,40	0,82
Ижма					1,55	0,65
Мезень					1,55	0,73
Северная Двина					1,80	0,62
Сухона					1,85	0,56
Вычегда					1,75	0,57
Пинега					1,70	0,63
Онега					1,75	0,57
Подзона смешанных лесов
Унжа					2,05	0,42
Кострома					1,90	0,41
Волга					1,90	0,43
Ловать					1,90	0,35
Западная Двина					1,90	0,40
Днепр					1,90	0,35
Припять					2,45	0,22
Неман					2,50	0,30

Эрозионная деятельность рек и поверхностный смыв несколько увеличиваются по сравнению с зоной тундры, но все же проявляются слабо вследствие наличия лесной растительности и большой степени заболоченности. Мутность речных вод обычно не превышает (в среднем за год) 50 г/м³.

Воды лесной зоны слабо минерализованы (до 200 мг/л); они принадлежат к гидрокарбонатному классу, мягкие и отличаются повышенным содержанием органических веществ вследствие значительного поступления болотных вод. Подзона смешанных лесов по сравнению с подзоной тайги отличается большими потерями на испарение и меньшим поверхностным стоком, так как лиственные леса испаряют влаги больше, чем хвойные. В этом отношении характерным является бассейн Припяти, где коэффициент стока падает до 0,22.

Лесостепная зона является переходной от лесной зоны на севере к степной на юге. Как и всякая переходная зона, она отличается общими признаками смежных с ней зон. Наряду с участками леса здесь встречаются значительные площади, занятые лугами и пашнями. Количество атмосферных осадков здесь меньше по сравнению с лесной зоной и составляет 450-500 мм в год, потери на испарение сильно возрастают, а сток соответственно снижается. Коэффициент стока уменьшается до 0,2-0,3 (табл. 18).

Таблица 18. Осадки, сток и испарение в речных бассейнах лесостепной зоны Европейской части СССР

Бассейн	Площадь водосбора, км2	Годовая сумма осадков, мм	Годовой сток, мм	Годовое испарение, мм	Среднегодовой дефицит влажности воздуха, мм	Коэффициент стока
Ока					2,45	0,23
Сейм					2,70	0,21
Псел					3,00	0,22
Ворскла					2,90	0,22
Неман					2,50	0,30
Дон					2,85	0,24
Хопер					2,95	0,28

Грунтовые воды находятся здесь на значительной глубине - до 20-25 м, поэтому только средние и большие реки, врезаясь ниже уровня грунтовых вод, имеют обеспеченное грунтовое питание. Степень заболоченности резко уменьшается; болота встречаются лишь в поймах рек. Эрозионная деятельность рек и поверхностный смыв возрастают, появляются балки и овраги. В связи с большими потерями на испарение и относительно малым стоком минерализация вод увеличивается (до 500 мг/л), появляются первые признаки засоления вод и почв.

Степная зона характеризуется отсутствием древесной растительности на водоразделах, а также и тем, что обширные площади здесь распаханы и возделываются.

Количество атмосферных осадков составляет 300-400 мм в год. Испарение с водной поверхности резко возрастает и достигает 1000 мм в год. Что касается испарения с поверхности бассейнов, то оно здесь меньше по сравнению с лесостепной зоной, так как при большом возможном испарении влаги в почве не хватает. В этих условиях сильно сокращается, поверхностный сток и относительная водоносность рек сильно падает. В силу этого реки степной зоны маловодны. Коэффициент стока уменьшается до 0,2-0,1 и менее (табл. 19).

Таблица 19. Осадки, сток и испарение в речных бассейнах степной зоны Европейской части СССР

Бассейн	Площадь водосбора, км2	Годовая сумма осадков, мм	Годовой сток, мм	Годовое испарение, мм	Среднегодовой дефицит влажности воздуха, мм	Коэффициент стока
Большой Иргиз					3,85	0,22
Большой Узень					4,30	0,16
Казенный Торопец					4,00	0,10
Кальмиус					4,05	0,10
Волчья					3,95	0,08

Уровень грунтовых вод располагается на большой глубине (до 100 м) и вскрывается только эрозионными врезами больших рек. Малые и средние реки не имеют обеспеченного грунтового питания.

В условиях наличия больших распаханных площадей и значительной интенсивности стока резко возрастают эрозионная деятельность и мутность речных вод (до 500 и 1000 г/м³). Воды степной зоны сильно минерализованы (до 1000 мг/л) и отличаются большой жесткостью; изменяется их класс, здесь преобладают уже не карбонатные, а сульфатные воды.

Полупустынная и пустынная зоны характеризуются исключительной сухостью. Обширные пространства здесь почти лишены растительности и нередко представляют собой открытые перевеваемые пески. Малое количество атмосферных осадков (200-100 мм в год), высокая потенциальная возможность испарения, которое при наличии влаги может достигать 1000-1700 мм в год, создают условия, при которых эти зоны исключительно бедны водой. Местные реки отсутствуют, так как выпадающие осадки полностью расходуются на испарение и поверхностного стока не дают или образуют очень малый эпизодический сток.

Большие реки через эти зоны протекают транзитом и не только не увеличивают здесь своего расхода, а теряют его на испарение. Таковы Волга ниже Сталинграда, Сыр-Дарья и Аму-Дарья по выходе из гор и другие водотоки. Волга, например, теряет 2% своего стока, или около 5 км³ в год, Аму-Дарья - около-25% и т. д.

Еще совсем недавно существовало представление, что пустыни находятся в стадии прогрессивного усыхания, так как влаги испаряется больше, чем выпадает. При больших потенциальных возможностях испарения, в действительности в пустыне испаряется все то, что выпадает в виде осадков, и то, что приносится реками из других зон. Данных, свидетельствующих о прогрессивном усыхании, не имеется. Наблюдения над режимом водоемов пустынной зоны подтверждают наличие колебаний водности, соответствующих колебаниям климата. Помимо почти полного отсутствия рек, для обеих зон характерно глубокое залегание грунтовых вод (на глубине 100 м и более). Болота, как элемент ландшафта, этим областям не свойственны.

Почвы и грунты, а также поверхностные и грунтовые воды сильно засолены. Озера по преимуществу соленые, горько-соленые и самосадочные. Широкое распространение имеют здесь солончаки - своеобразные засоленные и неплодородные почвы полупустынь и пустынь.

Горные районы. Природные условия горных районов зависят от высоты места над уровнем моря. У подножий горных систем южных районов нередко располагаются полупустыни или пустыни, которые в предгорьях сменяются степями, затем выше лесами и, наконец, в наиболее высоких частях гор - вечными снегами и ледниками. Природа здесь как бы повторяет в обратном направлении уже рассмотренную выше зональность, наблюдающуюся в равнинных районах СССР, однако смена зон в данном случае происходит не в зависимости от широты места, а от высоты его над уровнем моря. Поэтому, в отличие от широтной зональности, прослеживаемой на равнинах, по отношению к горным областям можно говорить о смене зон в вертикальном направлении, или о вертикальной зональности, причем последнюю не следует отождествлять с широтной зональностью; явление вертикальной зональности значительно сложнее и сами зоны не вполне тождественны зонам равнинной области, однако основа самого явления одинакова - изменение баланса тепла и влаги.

В гидрологическом отношении вертикальная зональность проявляется весьма многообразно. Сущность ее заключается в том, что с увеличением высоты:

1) увеличивается количество атмосферных осадков,
2) уменьшаются потери на испарение как с водной поверхности, так и с поверхности суши,
3) увеличивается коэфициент и величина поверхностного стока.

Применительно к режиму рек основные черты явления вертикальной зональности проявляются в следующем:

1) в повышении с высотой бассейна доли высокогорноснегового и ледникового питания,
2) в увеличении с высотой бассейна относительной водности рек,
3) в уменьшении с высотой колебаний стока, т. е. в повышении устойчивости годового и сезонного стока,
4) в изменении внутригодового распределения стока (увеличение с высотой доли летнего стока),
5) в сдвиге прохождения максимума стока на более поздние сроки по мере увеличения высоты бассейна.

Вместе с высотой изменяется также и химический состав вод, что проявляется прежде всего в уменьшении их минерализации.

Следует подчеркнуть, что отмеченные выше закономерности не являются вполне строгими - в ряде случаев они нарушаются. Существенное значение при этом, помимо высоты, имеет местоположение бассейна реки в системе горных хребтов, а также общая экспозиция бассейна. В результате этого в ряде случаев высокогорные области, особенно в центральных, удаленных от влагоносных ветров районах, не только не отличаются обилием осадков, а, наоборот, являются засушливыми, а реки - маловодными (например, районы Центрального Алтая, Памира). Вопросы, связанные с явлением вертикальной зональности, более подробно рассмотрены во второй части этой книги на примерах Кавказа и Средней Азии.