WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 45 |

В горных условиях величина Yпов включает не только поверхностный, но и дренажный сток, проходящий по крупным дренам верхнего почвенного слоя, т.е. целиком склоновый сток, поскольку гидравлические характеристики этих видов стока сопоставимы и разделить их очень трудно.

В годовом водном балансе малого водосбора, занятого естественными буковыми насаждениями, преобладает инфильтрация в почвоподстилающие грунты - вместе с зимним испарением она составляет 63…67%. Эта расходная часть баланса состоит из грунтового стока (43…56%) и суммы зимнего испарения и инфильтрации ниже уровня дренирования грунтовых вод ручьями стационара (8…19%). Суммарное испарение за теплый сезон (включая испарение перехвата осадков) достигает почти 1/3 баланса – 27…33%.

Наименьшие величины из всех статей баланса имеет склоновый сток (3…6%), который состоит в основном из дренажного, проходящего в 1-метровом слое почвы.

Соотношение между компонентами водного баланса зависит от приходной его части, т.е. от количества и режима осадков. Так, в засушливые годы относительная доля инфильтрации снижается на 4…5%, склонового стока - на 3%, а суммарное испарение увеличивается на 3…4% по сравнению с годом со средним количеством осадков.

Соотношение элементов водного баланса среднего статистического года, годовая и сезонные суммы осадков которого почти совпадают с нормой, выглядит следующим образом:

в мм: 2595 = 154 + (0,823*1962 + 0,177*1962) + 759 - 10 (39) в % : 99,6 = 5,9 + (0,823*65,0 + 0,177*65,0) + 29,1 - 0,4 (40) Таким образом, в среднем годовом балансе склоновый сток составляет 5,9%, подземный сток (или инфильтрация в почвоподстилающие грунты ) - 65%, суммарное испарение - 29,1%.

Наиболее важным для лесной растительности является водный баланс теплого периода года. Установлено, что осадки, выпадающие за период вегетации, расходуются в течение сезона полностью; дополнительно к ним используется часть весенних влагозапасов почвы (17…79 мм). Следовательно, приход баланса за вегетационный период составляет 939…1419 мм, а среднего сезона - 1300 мм. Средний баланс за вегетацию составляет:

в мм: 1208 = 32 + (0,757*572 + 0,243*572) + 604 (41) в %%: 100 = 2,6+ (0,757*47,4+ 0,243*47,4) + 50,0 (42) В этих уравнениях приходная часть состоит на 95,5% из осадков, и на 4,5% - из влагозапасов в почве. Суммарное испарение достигает 50,0%, и включает транспирацию - 32,5%, перехват осадков - 10,3%, и испарение с почвы - 7,2%. Несколько меньше (47,4%) - инфильтрационная составляющая баланса, и лишь 2,6% приходится на склоновый сток. Соотношение суммарного испарения и инфильтрации зависит от увлажненности сезона: в засушливые годы в водном балансе теплого сезона испарение превышает инфильтрацию, в многоводные годы - наоборот.

Инфильтрационная часть баланса определена как остаточный член, поэтому включает и ошибки определения каждого элемента баланса. Контролем при этом служил водный баланс четвертого водосбора, где водоток дренирует почти весь сток (как и на основных реках региона). Для отдельных водосборов ЛГС “Аибга” коэффициент дренирования подземных вод изменяется от k1= 0,0 (для 1-го и 3-го ручьев) до k1 = 0,067 (для 2-го ручья) и k1= 0,823 (для 4-го водосбора) [105].

Как известно, изменение элементов водного баланса на водосборах наблюдаются по периодам лет и по годам независимо от хозяйственной деятельности. Это можно проследить по водному балансу четвертого (контрольного) водосбора (табл. 41), где в более многоводные годы (при сумме осадков 2600…2700 мм) общий сток возрастает до 0,61…0,72 (61…72% от осадков) и уменьшается (до 0,3%) доля инфильтрации ниже уровня дренирования стока ложем ручья. При этом увеличиваются как склоновая, так и подземная составляющие стока.

Таблица 18 - Элементы водного баланса на 4-ом (контрольном) водосборе ЛГС “Аибга” за гидрологические годы Гидроло- Осад- Суммарное Склоновый Грунтовый Разность влагические ки, испарение с т о к с т о к гозапасов годы мм мм %% мм %% мм %% мм %% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1966-67 2259 774 34,3 168 7,4 985 45,6 332 14,1968-69 1780 693 38,9 118 6,6 936 52,6 33 1,1969-70 2599 799 30,8 274 10,5 1282 49,3 244 9,1971-72 2983 753 25,3 545 18,3 1763 59,1 -78 -2,1972-73 2270 714 31,4 288 12,7 966 42,6 302 13,1973-74 2286 731 31,6 408 17,8 1001 43,8 146 6,1974-75 2823 795 28,1 526 18,7 1123 39,8 379 13,1975-76 2689 596 22,2 562 20,9 1436 53,4 95 3,1976-77 2973 910 30,6 448 15,1 1128 37,9 487 16,1977-78 2884 725 29,6 565 19,6 1363 47,3 231 8,1978-79 2295 895 39,0 495 21,5 947 41,3 -42 -1,1979-80 2592 793 30,5 410 15,8 1177 45,4 212 8,1980-81 2847 619 21,7 531 18,6 1635 57,4 62 2,1981-82 2927 648 22,1 519 17,7 1639 56,0 121 4,1982-83 2462 713 28,9 385 15,6 1308 53,1 56 2,1983-84 2207 660 30,0 340 15,4 1402 63,5 -195 -8,1984-85 2726 882 32,4 380 13,9 1773 65.0 -309 -11,1985-86 1874 774 39,1 120 6,4 820 43.8 160 8,1986-87 2984 972 22,5 440 14,8 1179 39,5 693 23,1987-88 2977 650 20,7 320 10,7 1283 43,1 724 23,1988-89 3553 759 21,4 268 7,5 1738 48,9 788 22,1989-90 2522 520 20,6 425 16,8 1040 41,2 537 21,1990-91 2229 507 22,7 356 16,0 1146 51,4 220 9,1991-92 2531 398 15,8 633 25,0 1111 43,9 389 15,1992-93 2112 382 18,1 522 24,7 1155 54,7 53 2,1993-94 2000 642 32,1 318 15,9 809 40,4 231 11,1994-95 3460 724 20,1 811 23,4 1207 34,5 721 20,1995-96 2779 880 31,7 573 20,6 1141 41,0 189 6,1996-97 2783 571 20,5 878 31,5 1178 42,3 113 4,1997-98 1895 366 19,3 266 14,0 788 41,6 532 28,Продолж. Табл.Гидроло- Осад- Суммарное Склоновый Грунтовый Разность влагические ки, испарение с т о к с т о к гозапасов годы мм мм %% мм %% мм %% мм %% 1998-99 2422 909 37,5 251 10,4 1826 75,4 352 14,1999-2000 1929 371 19,2 939 48,7 571 29,6 48 2,2000-2001 2521 994 39,4 929 36,8 655 26,0 -56 -2,2001-2002 3128 635 20,3 929 29,7 1539 49,2 25 0,2002-2003 2067 383 18,5 1045 50,5 731 35,4 -90 -4,2003-2004 2010 489 24,3 1281 63,7 230 11,4 10 0,2004-2005 3080 876 28,4 1332 43,3 943 30,6 -71 -2,Среднее 2553 689,2 27,0 529,7 21,0 1160,9 45,3 203,9 7,, мм 414 134 138,8 286,6 -1967 69 70 72 73 81 87 89 91 95 2000 2 3 4 77 79 83 85 93 97 осадки испар. скл. сток грунт. сток инфильтр.



Рис. 12. Элементы водного баланса на 4-ом (контрольном) водосборе ЛГС “Аибга” Примечание: осадки - суммы осадков за гидр. год на ЛГС “Аибга”; испар - сумарное испарение за год; склон.сток - склоновый сток за гидр. год; инфильтр. - инфильтрация за год; грунт.сток - грунтовый сток за год.

Рис. 13. Распределение расходных частей баланса (в % от годовых осадков) в нетронутых рубками буковых древостоях (в среднем за многолетний период).

Инфильтрация за теплый сезон зачастую бывает отрицательной, что свидетельствует о большем расходе влаги в течение вегетационного периода, чем ее поступает на водосбор.

Суммарное испарение, достигающее 25,0-26,5% от годовых осадков, зависит в основном от радиационного и теплового балансов вегетационного периода года.

y = 327,54e0,0003x R2 = 0,1000 1500 2000 2500 3000 3500 Осадки за год, мм Рис. 14 Связь между годовыми суммами осадков и суммарного испарения на контрольном водосборе в буковых насаждениях y = 527,24e0,0003x R2 = 0,y = 37,977e0,0009x R2 = 0,1000 2000 3000 4000 Осадки за год, мм Рис. 15. Связь между годовыми суммами осадков, склонового стока и инфильтрации на контрольном водосборе в буковых насаждениях Сумм. испарение за год,мм Сток и инфильтрация за год, мм Таким образом, изучением природного комплекса буковых лесов Северо-Западного Кавказа выявлена важная водоохранная и климаторегулирующая роль незатронутых рубками разновозрастных буковых древостоев. Так, климаторегулирующая роль букняков проявляется в аккумулировании сомкнутым пологом значительного количества солнечной радиации (до 66 ккал/см2 за вегетационный период) и резком (в 13 раз) уменьшении притока тепла к поверхности почвы в лесу.

Благодаря этому, значительно уменьшаются амплитуды колебаний температуры воздуха и почвы, в особенности в их суточном режиме. За счет снижения максимумов и увеличения минимумов в лесу температура воздуха в течение суток в среднем изменяется в сравнении с вырубкой - меньше в 1, 2 раза зимой, и в 1,4 раза - летом. Под пологом леса очень невелики теплообмен в почве (до 300 кал/см2 за месяц) и затраты тепла на физическое испарение с ее поверхности (до 5,6 ккал/см2 за вегетацию). В то же время, суммарное испарение достигает величин максимально возможной испаряемости (около 600 мм за период вегетации). Это сказывается на режиме температуры и влажности почвы в лесу.

Сравнение температуры почвы под пологом леса и на вырубках показывает, что в среднем температура почвы на сплошной вырубке на 2,5-2,90 выше, чем в лесу. Амплитуда сезонных и суточных колебаний температуры почвы здесь также выше на 5-60. Для динамики влагозапасов в почве характерным является малая амплитуда колебаний в течение сезонов (35-100 мм в 1-метровом слое) и большие запасы влаги в этом слое почвы.

- В о д о р е г у л и р у ю щ а я р о л ь б у к о в ы х н а с а ж д е н и й Из всех элементов водного баланса горных склонов наибольшей сложностью характеризуются процессы формирования стока - благодаря комплексному взаимодействию факторов, обусловливающих сток. Эти факторы делятся на две группы: а) метеорологические (количество осадков и форма графика дождя), влияющие на динамику поступления воды на бассейн; б) условия подстилающей поверхности, которые определяют процессы инфильтрации и стекания воды, а также потери стока.

От метеорологических факторов зависит поступление воды на водосбор, динамика его во времени, количество поступившей воды. От факторов подстилающей поверхности зависят условия стекания воды, потери поверхностного стока, которые определяются состоянием почв, водным балансом рассматриваемой территории, а также временем, необходимым для стока того или иного количества осадков, выпавших на бассейн. К числу факторов, определяющих быстроту и продолжительность движения этих вод, относятся величина и форма бассейна, уклоны, русловые условия водотоков, длина и шероховатость склонов, связанная с характером растительности и микрорельефом, объем и интенсивность поступления воды на бассейн.

Лесные почвы, как правило, обладают очень высокой проницаемостью поверхностных горизонтов, в связи с чем поверхностный сток под пологом сомкнутых высокопроизводительных насаждений образуется сравнительно редко. С увеличением глубины водно-физические характеристики почвенного покрова обычно резко ухудшаются: увеличивается объемный вес (плотность) и впитывающие способности почв. Наличие слабо проницаемого иллювиального горизонта в профиле почв создает условия для формирования внутрипочвенного стока в верхнем фильтрующем горизонте. Просачивающиеся по профилю почв вода накапливается на относительном водоупоре (на глубине 0,6…1,0 м) и по контакту с ним разгружается в эрозионную сеть. Склоновый сток, помимо внутрипочвенного (дренажного или контактного), включает также поверхностный сток, который может быть представлен двумя формами - подвешенной или подпертой.

Известно, что общие потери паводочного стока на горных склонах определяются свободной емкостью почвенного задержания и величиной глубинной инфильтрации (поглощением воды подстилающими породами). Поэтому при изучении склонового стока в горных районах большое значение имеет определение параметров почвенного задержания и аккумуляции, а также глубинной инфильтрации. Сочетание глубинной инфильтрации, поверхностного впитывания и почвенного задержания определяет величину стока и его распределение на поверхностную и внутрипочвенную составляющие.





Поскольку хозяйственная деятельность человека обычно затрагивает в основном растительность, почвы и микрорельеф водосборов, т.е. те факторы, которые влияют на перераспределение стока между быстрой (поверхностной) и медленной (грунтовой) составляющими, изучение процессов стока неразрывно связано с изучением инфильтрации.

Сток и инфильтрация взаимосвязаны между собой, с одной стороны - как приходнорасходные части баланса, а с другой - инфильтрация определяет и регулирует сток, и наоборот - сток воздействует на инфильтрацию величиной залитой водой части бассейна.

Изучение процесса инфильтрации и формирования склонового стока в горных лесах Северо-Западного Кавказа проводилось стационарным, экспедиционным и лабораторным способами. Стационарный способ состоял в организации длительных и трудоемких воднобалансовых наблюдений на малых водосборных бассейнах. Экспедиционные исследования склонового стока включали постановку опытов по искусственному дождеванию больших и малых площадок (от 1 м2 до 100…200 м2) и проведение инфильтрационных съемок склонов. Лабораторным путем определялись так называемые “условные коэффициенты фильтрации” (УКФ) - на почвенных монолитах высотой 10 см.

По данным экспедиционных исследований склонового стока, зона буковых лесов отличается большим варьированием по площади величин впитывания даже в опытах с искусственным дождеванием площадок 100…200 м2. Исследования в бассейне р. Мзымты [27] показали, что процесс формирования стока на горных склонах под буковыми лесами имеет ряд особенностей, характерных для данной зоны. Опыты по дождеванию больших площадок на залесенных склонах дали величины впитывания в почвоподстилающий слой 0,07…0,08 мм/мин. Относительно высокая инфильтрация в подпочву сочетается с большой мощностью пластов рыхлых отложений, что приводит к повышению доли грунтового питания и распластыванию паводков в связи с сокращением поверхностного стока и ростом контактного и смешанного.

Благодаря тому, что бурые лесные почвы характеризуются большой начальной водопроницаемостью и аккумулирующей емкостью (до 500…550 мм), а также значительным крутизнам склонов, что способствует быстрому оттоку паводковых вод, дожди, выпавшие в зоне буковых лесов, практически никогда не образуют сплошного слоя воды на поверхности почвы. Поэтому интенсивность впитывания здесь определяется интенсивностью ливней.

y = 0,6427x + 0,R2 = 0,0 10 20 30 Крутизна склона, град.

Рис. 16 – Зависимость склонового стока (в %) от крутизны склона (град.) Ввиду большого варьирования участков с различным впитыванием - от провального до нулевого - истинное осредненное значение интенсивности инфильтрации для бассейна более надежно может быть получено по результатам наблюдений за осадками и стоком. Для малых (до 10 га) водосборов по опытным данным (с использованием методики А.Н. Бефани [22], в основу которой лежит построение графиков ливней и выделение на них площадей, равных наблюденному стоку) установлено, что впитывание здесь очень динамично во времени и определяется степенью предшествующего увлажнения.

При этом паводкообразующими могут быть ливни различной величины: летом, при значительном дефиците влаги в почве ливни с суммой осадков до 50 мм иногда не дают стока; в то же время в холодный период года, при полностью увлажненной почве стокообразующими являются дожди 10…12 мм.

Максимальные годовые модули стока на малых водосборах в зоне буковых лесов невелики - от 1,1 до 19,3 л/с с га, а осредненные их значения под пологом нетронутого рубками леса равны 3,9…7,2 л/с с га. Коэффициенты паводочного стока не превышают 10% для зимних паводков, и 5…7% - для летних. Наиболее интенсивные ливни дают паводки с коэффициентами стока до 25%. Средние за период наблюдений (до рубки) коэффициенты паводочного стока на малых бассейнах составляют: за зимний период - 2,3…8,4%, за летний - 0,8…4,8%, при этом одинаковые осадки за паводок (в среднем 71…81 мм) дают зимой паводки больше в 1,8 раза, чем летом. Максимальная наблюденная интенсивность стока - 0,08 мм/мин.

По результатам наблюдений на залесенных водосборах площадью до 20 га полуКоэффициент склонового стока, % чены уравнения множественной корреляции, связывающие коэффициенты склонового стока с характеристиками стокообразующих ливней и факторами предшествующего увлажнения:

= 10,5* iср +6,7 *imax ч - 0,045 T-0,064 *W+5,7; R=0,61; S=2,7% (43) Для расчета слоя склонового стока на таких водосборах получена зависимость:

Y = X - k*T - 0,032 W - 6,86 (44) Здесь: Y - слой стока в мм; - коэффициент стока за паводок в %; X - слой паводкообразующего дождя; k - интенсивность впитывания; T - продолжительность ливня в мин.; iср - его средняя интенсивность, а imax ч - максимальная часовая интенсивность в мм/мин; W - дефицит влаги в 1-метровом слое почвы перед паводком.

Следует отметить водорегулирующий эффект буковых лесов на горных склонах, связанный с их продолжительным влиянием на водно-физические характеристики почв и заключающийся в активном переводе выпадающих осадков в грунтовый сток. Даже при самых значительных ливнях здесь отсутствует напорная фильтрация, а средние за паводок величины коэффициентов впитывания имеют тесную коррелятивную связь с интенсивностью ливней.

Pages:     | 1 |   ...   | 18 | 19 || 21 | 22 |   ...   | 45 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.