Влияние хозяйственной деятельности на водный режим

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

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

Непрерывный рост экономики нашей страны, развитие промыш­ленного и сельскохозяйственного производства требуют присталь­ного внимания к проблеме учета изменений водных ресурсов под влиянием хозяйственных мероприятий. Острота проблемы усугуб­ляется ограниченностью водных ресурсов. Уже в ближайшие деся­тилетия в густонаселенных районах может ощущаться нехватка пресной воды.

Для восполнения недостающих водных ресурсов намечалась переброска воды из северных рек (Северной Двины, Печоры, Оне­ги, Иртыша, Оби) в реки южных районов европейской части страны, Казах­стана и Средней Азии.

Все эти мероприятия могут окажать большое влияние на водный ба­ланс территории и режим рек. Поэтому требуется научно обоснованный долгосрочный прогноз изменения водных ресурсов по бассейнам рек и целым речным системам.

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

В результате обработки материалов наблюдений над стеканием талой воды на воднобалансовых площадках и малых водо­сборах, выполненной ГГИ за ряд лет, обнаружено, что обычная зяблевая пахота (до глубины 25 см) уменьшает весенний склоно­вый сток в лесной зоне на 10-35 %, в лесостепной — на 25-40 % и в степной — на 30-60 %. Большой диапазон для каждой зоны объясняется различиями в уклонах и характере почв (табл. 12).

Таблица 12

Уменьшение склонового стока (%) на зяблевой пахоте относительно стока на залежи по данным за 1951-1970 гг.

Зона	Почвогрунты	Уклон склона, %
Лесная	супесчаные суглинистые
Лесостепная Степная	суглинистые супесчаные суглинистые			- -

При более глубокой вспашке (до 40 см) склоновый сток умень­шается еще на 50 %, а при уклонах менее 10 % в годы низкой и средней водности практически прекращается. Соответственно уве­личивается содержание влаги в почве. По данным Волгоградской лесомелиоративной станции, с возрастанием глубины борозд от 25 до 50 см. влажность почвы возрастает на 20-30 %.

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

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

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

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

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

Орошение и осушение.Изъятие воды из рек на орошение про­изводится в вегетационный период — с апреля по октябрь, и в меньшем количестве — на предвесеннюю влагозарядку. Наиболь­ший расход воды падает на самые жаркие летние месяцы — июнь-август. Основные массивы орошения в нашей стране, где из рек забирается наибольшее количество воды, находятся в степной зоне — в низовьях Дона, в Заволжье — и продвигается далее на север, где орошаются огородные угодья и обводняются пастбища.

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

Вода, расходующаяся на испарение, насыщение зоны аэрации, аккумуляцию в бессточных углублениях, в сумме составляет без­возвратные потери стока.

Большие безвозвратные потери обусловливают уменьшение го­дового стока рек. Однако фактическое уменьшение речного стока много ниже величины указанных потерь.

В то же время на отдельных реках годовой сток в нижнем течении заметно понизился. Например, на Тереке сток под влиянием орошения уменьшился на 15-20 %. Особенно значительна относительная убыль в маловодные годы. На очень малых горных реках в самые жаркие месяцы нижние участки часто остаются совсем без воды.

В будущем, в связи с дальнейшим расширением орошения, следует ожидать значительного уменьшения стока рек — источни­ков орошения.

В результате изъятия большого количества воды в весенне-летний период и поступления возвратных вод в последующие мало­водные месяцы внутригодовой режим стока выравнивается: сток летних месяцев уменьшается, а зимних возрастает. Внутригодовое регулирование значительно возрастает при наличии в системе во­дохранилищ и перераспределительных каналов.

Влияние осушительных мелиорации 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.

Максимальные расходы половодья и дождевых паводков в ре­зультате осушения изменяются сравнительно мало, в основном незначительно возрастают. В некоторых случаях, как, например, наблюдалось при освоении пойменных бо­лот в лесостепной зоне Украины, они могут уменьшаться на 20-40 %. Меженный летний и зимний сток, вследствие снижения испаре­ния и лучшего дренирования грунтовых вод подстилающего болота минерального грунта, существенно возрастает. Минимальные моду­ли увеличиваются в 1,5 - 3 раза.

Таким образом, осушительные мелиорации в общем благопри­ятно сказываются на режиме речного стока, который заметно выравнивается за счет повышения расходов воды маловодных се­зонов.

Регулирование стока водохранилищами. 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.

В зависимости от назначения, величины речного стока и оро­графических условий емкость водохранилищ может быть различ­ной. Наиболее крупные водохранилища в России имеют полезную емкость в десятки кубических километров, а площадь зеркала при нормальном подпорном горизонте — до 5-6 тыс. км². Например, полезный объем Куйбышевского водохранилища на Волге равен 34,6 км³, а площадь зеркала — 6,5 тыс. км². Крупные водохранили­ща сезонного и многолетнего регулирования коренным образом изменяют водный режим рек на участках ниже плотины (водный режим водохранилищ рассматривается в курсе озероведения).

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. Влияние сезонного регулирования сказывается на режиме уровня в нижнем бьефе на расстоянии сотен, а иногда, тысяч и более километров. Характерным для нижнего бьефа являются рез­кие суточные колебания уровня, прослеживающиеся до 100 км от плотины. Ниже плотины Волгоградской ГЭС, например, эти коле­бания достигают в вегетационный период 2,5, а зимой — 3,0 м.

РЕЧНОЙ СТОК

Составляющие речного стока

Сток в широком смысле —это главный элемент материкового звена глобального круговорота вещества и энергии. Сток включает поверхностную и подземную части. Поверхностный сток, в свою очередь, состоит из речного стока и стока льда покровных ледников.

Речной сток включает сток воды, сток наносов, сток растворенных веществ и сток теплоты.

Сток воды (водный сток) — это одновременно и процесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающей воды. Сток воды — один из важнейших физико-геогра­фических и геологических факторов; изучение стока воды — глав­ная задача гидрологии суши. Называть сток воды «жидким стоком» не рекомендуется.

Сток наносов — это процесс перемещения наносов в реч­ных системах и характеристика количества перемещающихся в реках наносов. Сток наносов состоит из стока взвешенных наносов (на­носов, переносимых в толще речного потока во взвешенном состо­янии) и стока влекомых наносов (наносов, переносимых потоком по речному дну во влекомом состоянии). Сток наносов называть «твердым стоком» не рекомендуется.

Сток растворенных веществ — это процесс переноса в речных системах растворенных в воде веществ и характеристика их количества. Растворенные в речных водах вещества — это ионы солей, биогенные и органические вещества, газы и др. Иногда сток растворенных веществ называют ионным стоком или стоком солей (при этом имеется в виду лишь сток растворенных минеральных веществ).

Сток теплоты (тепловой сток) — это процесс переноса вместе с речными водами теплоты и его количественная характе­ристика.

Очевидно, что из перечисленных четырех составляющих речно­го стока главнейшая — сток воды, без которого невозможны и другие виды стока. Сток воды — процесс, определяющий все другие виды перемещения вещества и энергии в речных системах, их движущая сила. Сток же наносов, растворенных веществ и теплоты зависит как от стока воды (носителя других компонентов речного стока) и его количественных характеристик, так и от содержания наносов, растворенных веществ и теплоты в единице стока воды.