WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 20 | 21 || 23 | 24 |   ...   | 45 |

Речной сток в теории гидрологии рассматривается как эргодический гармонизируемый процесс с годовым циклом. Нарушение эргодичности речного стока в основном вызывается хозяйственной деятельностью человека, в частности - изменением лесной растительности под влиянием рубок, лесовосстановления и т.д.

При изучении водоохранной роли леса следует иметь в виду нарушение эргодичности стока вследствие явления цикличности. Под цикличностью стока понимают календарные группировки многоводных и маловодных лет. При наличии неизменных стокообразующих факторов в речных бассейнах, сток в речных бассейнах является детерминированной функцией. Задача определения водоохранной роли леса, т.е. влияния лесной растительности на формирование речного стока в горных экосистемах, состоит в выделении составляющей этой функции, зависящей только от наличия и состояния лесной растительности.

Методический прием, примененный нами для этой цели, заключается в подборе пары водосборов, один из которых может служить в качестве контроля для исследуемого водосбора с лесохозяйственной деятельностью. Отнесение стока (в любой фазе) исследуемого бассейна к аналогичному по фазе стоку в бассейне-аналоге при удачном подборе аналоговой реки должно исключить влияние сезонной и годовой цикличности стока. Исходными данными для этой цели служили среднемесячные расходы воды, пересчитанные в дальнейшей обработке в суммарные слои стока за различные периоды, а также сведения о максимумах и минимумах годовых и месячных расходов. Аналогичные данные использованы при анализе осадков по метеостанциям и постам региона.

На основных речных системах в целях определения гидрологической роли лесных экосистем, включающих одну или несколько лесорастительных формаций, проводился сбор и анализ материалов по характеристике лесной растительности и режиму стока по данным лесоустройства и опорной сети наблюдений на реках Роскомгидромета [288…290].

Изменение структуры горных лесов на элементарных и речных водосборах в связи с лесохозяйственной деятельностью изучались на основании экспериментальных данных (по материалам закладки постоянных пробных площадей на лесогидрологических стационарах, включающих несколько элементарных водосборов с опытными рубками), а также по материалам лесоустройства отдельных лесохозяйственных предприятий (для речных водосборов основных рек региона).

Для указанных целей подбирали несколько водосборов с длительным периодом наблюдений за стоком воды и твердых наносов, на которых проводилась интенсивная лесохозяйственная деятельность. По данным учета лесного фонда и материалов лесоустройства определяли количественные характеристики состояния и изменения состава, строения и структуры насаждений, находящихся на водосборах (возраст, состав, доля вырубок, процент лесистости, по возможности - динамика лесопользования с учетом различных видов рубок). Указанные характеристики анализировали параллельно с анализом изменений режима речного стока на опорной сети Роскомгидромета, имеющихся на выбранных водосборах.

Период стабилизации водоохранных, водорегулирующих и почвозащитных свойств горных лесов после проведения лесохозяйственных мероприятий (в основном - после проведения рубок главного пользования) определялся по материалам стационарных и экспедиционных исследований почвенного покрова на площадях рубок различного возраста, а также по материалам воднобалансовых исследований на лесогидрологических стационарах за длительный период наблюдений (20…30 лет). Анализировалась динамика суммарного стока за разные периоды наблюдений, его грунтовой и склоновой составляющих, минимального стока и максимальных паводков до проведения опытных рубок и после них (на различных стадиях естественного лесовосстановления и формирования нового поколения насаждений на водосборах).

По материалам опорной сети Роскомгидромета [288…290] были подобраны гидрометрических створов на 9 реках региона с площадями водосборов от 14,6 до км2 (бассейны рек Белой, Пшехи и Псекупса - на северном макросклоне региона, и рек Мзымты, Псий, Дюрсо, Шахе, Туапсе и Вулана - на южном макросклоне). Для некоторых гидрометрических постов и станций понадобилось удлинение рядов наблюдений - с целью получения однородных данных, корректных для оценки их статистических характеристик. Для удлинения рядов использованы корреляционные зависимости, как правило, имеющие линейный вид и коэффициенты корреляции от 0,63 до 0,96. Длина рядов наблюдений была увеличена до 57…60 лет. Каждый ряд наблюдений подвергнут статистической обработке для получения статистических характеристик годовых слоев стока. Аналогичная работа проведена и по годовым и сезонным суммам осадков по 11 метеостанциям и постам.

Анализ стока проводили в многолетнем разрезе (для гидрологических лет), при этом сток был переведен в относительные величины (модульные коэффициенты, представляющие отношения годовых значений стока к норме стока). Установлено, что цикличность осадков и речного стока для отдельных частей региона носит общий характер, что облегчает задачу определения периода и размеров изменения стока на водосборе под влиянием изменения состояния лесной растительности.

Проведенными исследованиями установлены региональные закономерности изменения режима стока под влиянием лесохозяйственных мероприятий, из которых основное воздействие оказывают рубки главного и промежуточного пользования. Наиболее обоснованные и надежные выводы получены на целевых лесогидрологических стационарах, где на экспериментальных водосборах имеется возможность проследить во времени динамику стока в процессе лесопользования. Однако, суммарный эффект от влияния лесохозяйственных мероприятий на гидрологический режим основных речных систем имеет значительно более сложные закономерности.



При изучении гидрологической роли горных лесов на уровне крупных речных систем использованы следующие методические подходы. Как известно, достаточно достоверных данных по всем элементам водного баланса для речных систем не имеется, поскольку неизвестна ни длительность изменений во времени элементов водного баланса (под влиянием хозяйственных мероприятий), ни закономерность их распределений по площади (из-за чрезвычайно сложных взаимодействий факторов среды). Наиболее точными в расчете для речных систем являются величины стока, и значительно менее точны данные об осадках (даже при наличии достаточно густой сети осадкомерных пунктов).

Теоретически речной сток можно рассматривать как эргодический гармонизируемый процесс с годовым периодом. Под влиянием хозяйственной деятельности человека (в частности - изменений лесной растительности вследствие проведения рубок, лесовосстановления и т.д.) сказывается через нарушение эргодичности речного стока.

При анализе изменения водоохранной роли леса очень важно изучить вопрос о нарушении эргодичности стока вследствие явления цикличности. Под цикличностью стока понимают календарные группировки многоводных и маловодных лет. При наличии неизменных стокообразующих факторов в бассейне сток в речной системе является детерминированной функцией. Выделить составляющую этой функции, зависящую только от состояния лесной растительности, - в этом и состоит задача определения водоохранной роли леса в горных экосистемах. Методический прием, примененный нами для этой цели, заключается в подборе пары водосборов, один из которых может служить в качестве контроля для водосбора с лесохозяйственной деятельностью.

Анализ региональных гидрологических зависимостей проведен на примере модульных коэффициентов годового и минимального стока и годовых сумм осадков. Установлено, что изменение норм осадков в бассейнах рек определяется высотой местности над уровнем моря и ориентацией хребтов относительно влагонесущих воздушных потоков. Так, по данным 8 метеостанций в бассейне р.Белой увеличение осадков с высотой описывается уравнением:

Х = 1,305 * Н + 487, r= 0,980, (44) где Х - норма годовых сумм осадков, в мм; Н - высота станций над ур. м., м.

Для установления периода цикличности годовых характеристик стока произведено выравнивание модульных коэффициентов по методу скользящих средних:

К' = (Ki + 2K(i+1) + K (i+2)) / 4 (45) i где Ki - модульные коэффициенты первичных рядов, K' - модульные коэффициенты i выровненных рядов.

Установлено, что цикличность осадков и речного стока для отдельных частей региона носит общий характер, что облегчает задачу определения периода и размеров изменения стока на водосборе под влиянием изменения лесной растительности. Средний период короткого цикла определен в 5,7…6,1 года, а длинного - около 16 лет.

Анализ хронологических графиков модульных коэффициентов стока и осадков позволил установить наличие асинхронности хронологических изменений Кi по отношению к контрольным водосборам, что объясняется изменением состояния лесной растительности на бассейне.

Выявлена достаточно достоверная связь модульных коэффициентов стока и осадков на контрольных бассейнах. Например, для бассейна р. Мзымты определена зависимость, которая может быть использована для оценки влияния рубок на сток.:

Кн = 1,09* Кх - 0,084, r= 0,861 (46) Анализ минимального (базисного) речного стока в регионе позволил установить, что этот сток, представляет собою глубоководное грунтовое питание, которое определяется как климатическими и геолого-геоморфологическими характеристиками речного бассейна, так и лесорастительными условиями на водосборе. В связи с этим, изменение лесной растительности на водосборе неизбежно влечет за собой (при прочих неизменных условиях) изменение базисного стока - как его величины, так и его доли в общем годовом стоке реки.

Минимальные суточные расходы воды могут быть определены с ошибками, и поэтому давать неверные представления о базисном стоке. Более устойчивой величиной является минимальный годовой сток из средних минимумов за период 30 суток. Базисный сток, определяемый по этой величине, достаточно хорошо коррелирует с базисным стоком, рассчитанным по суточным минимумам (табл. 20).

Таблица 20 - Зависимость минимальных годовых расходов за 30 суток (Qmin ) от минимальных годовых расходов за 1 сутки (Qmin 1 cут) cут Qmin (30 cут) = f (Qmin (1сут) ) Кол-во Y = a + b*X Коэф.

лет Qmin (30 c) = a+b*(Qmin (1с) ) Река Пункт корренаблюa b ляции дений 1 2 3 4 5 Вулан с. Архипо-Осиповка 33 0,96 0,04 1,Аше с. Аше 26 0,91 0,55 1,Куапсе с. Мамедова Щель 35 0,80 0,01 1,Псезуапсе с. Татьяновка 26 0,70 0,50 1,Шахе с. Солох-Аул 55 0,79 0,17 1,Псий с. Тух-Аул 35 0,90 0,02 1,Сочи с. Пластунка 54 0,79 -0,05 1,Хоста пос. Хоста 45 0,70 0,44 0,Мзымта р.п.Кр.Поляна 35 0,94 -1,63 1,Определено 6 гидрологических районов, характеризующихся своими особенностями в условиях формирования стока (геоморфологии, высотах над уровнем моря, климате и др.):

Первый район (верховья реки Кубань до р.Уруп - со средними высотами бассейнов 1500…2800 м. над ур.м.): Мmin = 12,79 - 1,267 * ln F, = 0,58 (47) Второй район (от бассейна реки Малой Лабы до бассейна р. Пшехи включительно с высотами от 500 до 1700 м. над ур.м.): Мmin = - 4,60 + 1,69 * ln F, = 0,53 (48) Третий район (от бассейна реки Пшиш до бассейна р.Адагум - высоты от 150 до м. над ур.м.): Мmin = - 1,25 + 0,298* ln F, = 0,70 (49) Четвертый район (реки Черноморского побережья от р. Дюрсо до р. Туапсе - северозападная часть ЧПК): Мmin = 0,419 + 0,0042 * F, = 0,78 (50) Пятый район (реки от р. Аше до р.Псезуапсе): Мmin =2,20 + 0,0147 * F, = 0,83 (51) Шестой район (реки ЧПК от р. Шахе до р. Мзымты - юго-восточная часть побережья с максимальным в регионе увлажнением): Мmin = 12,4 + 0,0111 * F, = 0,94 (52) В зависимостях (47)…(52): Мmin - минимальный (базисный) сток реки в мм за год с 1 км2; F - площадь водосбора в км2.





В пределах каждой районной зависимости может быть определена связь базисного стока от лесистости водосбора. Однако, ввиду сравнительно небольшой численности групп водосборов с наблюдениями за стоком (не более 12…16) в каждом районе выделить влияние лесистости представляется достаточно сложной задачей.

Выделенные гидрологические районы рекомендуется применять при подборе рек-аналогов, поскольку только для водосборов рек, входящих в один гидрологический район, можно ожидать сходные гидрологические процессы, для которых будут действительны разработанные модели. Для других водосборов необходима корректировка моделей путем внесения поправочных коэффициентов. В пределах каждой районной зависимости существует связь базисного стока от лесистости водосбора.

Таблица 21 - Статистические характеристики максимальных расходов воды за гидрологический год на реках Причерноморья Норма Модульные коэффициенты максимумов, Коэффициенты максим. обеспеченных на Р % расходов 3,0 5,0 10,0 50,0 90,0% 95,5 97,0% вариации асимметрии м3/с % % % % % Cv % Cs % 1. р. Мзымта - пос. Красная Поляна (F= 510 км2) 175 1,8 1,7 1,6 0,9 0,7 0,6 0,6 32,7 36,2. р. Мзымта - пос. Кепш (F= 798 км2) 272 2,4 1,9 1,5 0,9 0.6 0,5 0.5 45.6 74.3. р. Шахе – с. Солох-Аул F= (423 км2) 268 1,7 1,6 1,3 0,9 0,6 0,6 0,6 44,6 177, Для выявления зависимости коэффициентов стока рек от водности года проведен анализ режимных наблюдений р.Белой у пос. Гузерипль. Данный створ принят по соображениям наименьшего влияния здесь побочных факторов на сток, поскольку этот бассейн находится на территории Кавказского госзаповедника. Экспериментальные данные свидетельствуют о наличии очень слабой корреляции между годовыми коэффициентами стока и модульными коэффициентами:

А = 0,76 + 0,111* ln Km, r=0,33 (53) где А - коэффициенты стока в % от осадков, а Кm - модульные коэффициенты стока, т.е. отношение стока за отдельные годы к норме стока, в долях от 1.

Анализ по гипотезе о влиянии водности года на коэффициент относительного стока К= Р(Киша)/Р(Белая-Гузерипль) показал наличие сравнительно слабой связи величин К от водности года:

К = 0,763 - 1,17*10-4*Н(Белая-Гузерипль), r = -0,470 (54) Если взять относительную водность года в виде модульных коэффициентов М = Нi /Нo (где Нi - сумма стока за отдельные годы, а Нo - норма годового стока), то получим зависимость: К = 0,764 - 0,188*М, r= - 0,472 (55) Подобный анализ выполнен по годовому стоку пары бассейнов: р. Белойпос.Гузерипль, и р.Шахе-Солох-Аул, т.е. по водосборам, где хозяйственное воздействие на гидрологическую ситуацию было минимальным. Коэффициенты относительного годового стока КБ =Н(Белая-Гузерипль) /Н(Шахе-Солох-Аул) зависят от водности года:

КБ= 0,971 - 9,5*10-5* Н(Шахе-Солох-Аул), r= -0,572 (56) или Кш = 0,984 - 0,211 * М(Шахе), r= -0,653, (57) где М(Шахе) = Нi / Нo.

Полученные результаты анализа доказывают существование зависимости коэффициентов относительного стока от водности года.

Влияние рубок леса в речных бассейнах на режим стока Для характеристики водорегулирующей роли горных лесов юго-восточной части Черноморского побережья привлечены материалы многолетних наблюдений на постах Гидрометслужбы.

Водный баланс побережья характеризуется резко ограниченным контуром, внутри которого происходит почти весь процесс круговорота влаги. Осадки, выпадающие в бассейнах рек в виде дождя и снега, частично расходуются на испарение и транспирацию, остальная их часть в виде поверхностных и подземных вод возвращается в море.

Для зоны буково-каштановых лесов репрезентативным является бассейн р. Псий - правобережного притока р. Шахе (площадь водосбора - 20,4 км2, длина реки - 9,8 км).

Бассейн р. Псий характеризуется очень четким ограничением в пространстве (при югозападной ориентации). Водораздельная линия бассейна проходит по хребтам с высотами до 695 м, а в верхней части- до 1356 м над ур.м. и выше. Средняя высота бассейна - 664 м.

В верхней части бассейна преобладают склоны крутизной более 300 (занимают 35% площади бассейна), в средней и нижней частях - склоны 20…300 (около 40%), 11…200 (около 20%) и до 100 (не более 5%).

Верхняя треть бассейна занята разновозрастными буковыми насаждениями II-го класса бонитета, средняя - преимущественно спелыми каштановыми древостоями II-го класса бонитета, а нижняя - дубравами (бонитет II) и частично буковыми насаждениями (бонитет III). Общая площадь букняков - 44,5%, дубрав - 26,4%, каштанников - 25,5%.

Насаждения характеризуются высокими полнотами и слабо затронуты хозяйственной деятельностью.

Pages:     | 1 |   ...   | 20 | 21 || 23 | 24 |   ...   | 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.