книги из ГПНТБ / Богословский, Б. Б. Основы гидрологии суши. Реки, озера, водохранилища

Т а б л и ц а 8 Водный баланс территории СССР по бассейнам морей, мм

3. Влияние географических факторов на сток

При рассмотрении общих особенностей стока мы отметили, что географические факторы, действующие в речных бассейнах, могут значительно изменять сток и .вызывать существенные от­ клонения его-величин и распределения от среднезональных. Ни­ же расаматривнетюя влияние основных геогр.афичеаких факто­ ров на сток1.

Влияние морфометрических характеристик водосбора. Влия­ ние местных факторов на сток сказывается сильнее на малых водосборах, где оно может даже доминировать над действием зональных климатических факторов. С увеличением' размеров (площади) бассейна роль местных факторов уменьшается и при некоторой предельной площади распределение стока по терри­ тории подчиняется только географической зональности и мало зависит от азональных факторов. Различия величин среднего стока больших и малых рек в одной и той же географической воне связаны с неодинаковым соотношением поверхностного и подземного питания, а в некоторых случаях и с разными значе­ ниями потерь на испарение с водосборов. Площадь водосбора возрастает с увеличением эрозионного вреза долины и русла. Такая зависимость обусловлена регрессивной эрозией, при кото­ рой с понижением местного базиса эрозии (отметки дна русла) увеличивается длина склонов и водораздельная линия отодвига­ ется от реки. Чем больше врез, чем больше водоносных горизон­ тов дренируется рекой, тем обильнее и устойчивее ее подземное

1 Влияние климата на сток рассмотрено в параграфах 2, 4, 5, 6.

111

питание — наиболее стабильная часть стока. Таким образом, площадью водосбора в условиях достаточного увлажнения ха­ рактеризуются условия и величина подземного питания рек.

В условиях избыточного увлажнения грунтовые воды рас­ положены близко к поверхности земли и дренируются как боль­ шими, так и малыми реками.Существенных различий в модулях стока больших и малых рек здесь нет. Примером подобных рай­ онов могут служить тундра и северная часть лесной зоны Евро­ пейской части СССР, где, по данным К- П. Воскресенского (1962), средние годовые модули стока не зависят от площадей

водосборов.

В районах с неустойчивым движением (южная часть лес­ ной и лесостепная зона Европейской части СССР), где грунто­ вые воды залегают глубже (до- 8—10 м) и дренируются только большими и средними реками, средний сток интенсивно возра­ стает с увеличением площади водосбора до 40—50 и более мед­

ленно до 500—1000 км2.

В засушливых районах сухих степей, полупустынь и пустынь подземные воды залегают глубоко и не участвуют в формирова­ нии годового стока. Здесь с увеличением площади водосбора возрастают потери на испарение воды, задерживающейся при поверхностном стоке в замкнутых понижениях рельефа (запа­ динах, бессточных котловинах) и в озерах. Таких форм рельефа больше на крупных водосборах, которые к тому же имеют мень­ ший уклон. Потери стока вследствие этого возрастают с увеличе­ нием площади водосборов, связь между средним стоком и пло­ щадью водосбора обратная.

Поскольку на территориях крупных водосборов влияние местных факторов на сток нивелируется, сток с них в условиях достаточного увлажнения распределяется в году более равномер­ но, чем с малых водосборов. В засушливых районах регулирова­ ния стока водосборами не происходит.

Помимо размеров водосбора, на сток влияют и другие его морфометрические показателя: уклон, расчлененность рельефа и связанная сшей густота речной сети. С увеличением уклона и густоты речной сети сток возрастает.

Влияние рельефа. Непосредственное влияние рельефа на сток ограничивается уменьшением или увеличением скорости сте­ нания вод по поверхности бассейна в зависимости от уклона этой поверхности и степени ее расчленения оврагами, балками, западинами. При значительных уклонах сток происходит быстро, уменьшаются время добегания, вод до русла и потери на инфиль­ трацию и испарение. Аналогично влияние расчлененности скло­ нов долинами притоков, балками, оврагами, по которым сток происходит также интенсивно. При медленном стоке по пологим склонам потери возрастают.

Несравненно больше косвенное влияние рельефа на сток. Оно проявляется в воздействии на составляющие водного балан­

112

са: осадки, испарение, аккумуляцию воды в бассейне, инфильтра­ цию. В многочисленных мелких углублениях (западинах, «блюд­ цах»), во множестве встречающихся на пологих пространствах степей, скапливающаяся дождевая и талая вода расходуется на испарение и инфильтрацию.

Во многих случаях рельеф играет решающую роль в распре­ делении снега по водосбору. На равнинах снег сдувается ветром с приводораздельных пространств, накапливается в овражнобалочной сети и при таянии обеспечивает интенсивный сток. Так, по данным Придеснянской стоковой станции, снегозапасы в ов­ рагах глубиной 10—15 м бывают на 70% больше, чем на приво­ дораздельных участках. В южном Заволжье мощность снега на вершинах Сыртов 70—90, в речной сети 150—300, в балках 300— 450 см. Массы снега, скапливающиеся в горных ущельях, питают реки летом.

Важную роль в изменении элементов водного баланса и сто­ ка играет высотная поясность. На равнинах избыточно и доста­ точно увлажненных территорий существенное влияние на осадки и сток оказывают даже незначительные высоты. Так, на Валдай­ ской возвышенности (200—300 м абс.) осадки достигают 700 мм в год, в то время какна расположенной рядом Ловатско-Ильмен- ской низменности — всего 550 мм. Соответственно сток-состав­ ляет 10—11 и 5—6 л/с-км2.

В лесостепной и степной зонах распределение стока ближе к широтному и возвышенности -менее резко влияют на сток. Так,

осадков возрастает -с высотой до некоторого предела, различно­ го в разных горных системах; -с дальнейшим подъемом оно начи­ нает уменьшаться. Это связано с уменьшением содержания вла­ ги в воздухе, поднимающемся по горному склону, по мере ее кон­ денсации и выпадения в -виде осадков. Так, на северных склонах Заилийского Алатау количество осадков растет до высоты 2250, в Джунгарском Алатау —до 3200—3400 м.

Помимо изменения годового количества осадков, большое гидрологическое значение имеет увеличение с высотой доли твер­ дых осадков, влекущее за -собой возрастание коэффициента сто­ ка. Испарение с поверхности водосборов уменьшается с высотой в результате понижения температуры воздуха и дефицита -влаж­ ности. Изменение суммарных, твердых и жидких осадков и испа­ рения с высотой хорошо видно на примере бассейна р. Малой Алматинш (Заилийский Алатау) (табл. 9).

В распределении осадков большую роль играет экспозиция склонов. Наприм-ер, на юго-западных склонах Главного Кавказ­ ского хребта в результате поступления влажных морских воз-

верхнего предела этого возрастания единого мнения нет. По осредненным для гор Средней Азии данным В. Л. Шульца, мо­

нообразию условий стока, даже в од­ ной горной системе такие связи различны для отдельных ее рай­ онов. На рис. 26 представлены осредненные зависимости М = = f (Я), построенные для западных склонов различных горных систем СССР.

Существенно изменяется с высотой соотношение различных видов питания рек. С увеличением средней высоты водосборов уменьшается доля грунтового и дождевого и возрастает доля снегового и ледникового питания. Так, в Джунгарском Алатау, по данным П. Ф. Лаврентьева и И. С. Соседова, на высоте 1500 м абс. подземное питание дает 50% годового стока, дожде­

114

вое 12, снеговое 38%. На высоте 2750 м подземное питание умень­ шается до 30, дождевое до 6, снеговое возрастает до 44%, лед­ никовое дает 20%. Соответственно изменяется и распределение стока внутри года.

Влияние карста на сток различно в зависимости от характе­ ра водообмена поверхностных и подземных вод в карстовых рай­ онах.

В центральных частях карстовых областей обычно происхо­ дит интенсивное поглощение дождевых и талых вод трещинами, воронками, покорами. В результате поверхностный сток умень­ шается или совсем не происходит. Распределение стока в году неравномерно из-за отсутствия подземного питания. Здесь часты случаи исчезновения рек в карстовых пустотах. Так, р. Вадка (бассейн р. Суры) в среднем течении теряется в карстовых пу­ стотах, а ниже онша выходит на поверхность; теряется и р. Са­ райная (бассейн р. Сосьвы, Урал) и другие реки.

На периферии карстовых районов наблюдаются выходы под­ земных вод в речных долинах и руслах в виде ключей и источ­ ников, создающие дополнительное питание рек.

Сток повышается в результате дополнительного поступления карстовых вод и распределяется в году равномерно, так как ре­ гулируется запасами этих вод в бассейне.

Примером сочетания различного влияния карста ,на сток может служить Силурийское плато в Ленинградской области. В его центральной части из-за поглощения вод карстом поверх­ ностного стока совсем нет. Реки же, начинающиеся на его пери­ ферии, отличаются зарегулированным з-а счет карстовых вод стокам. 3'арегулирша1нноС'ть этих рак хорошо видна при сравне­ нии внутригодового хода стока за1кар1стов1анных и незакаретовэн­ ных бассейнов рак Л'енигапродск'ой области (табл. 10). В связи с разнообразием условий и характера водообмена в карстовых районах установить типовой ход стока для этих районов затруд­ нительно.

Влияние леса на сток сказывается главным образом через воздействие на водопроницаемость почв. В результате разрыхля­ ющего действия корневой системы деревьев увеличивается по­ ристость и водопроницаемость почв. Лесная подстилка интен­ сивно впитывает воду. Зимой промерзание почвы в лесу меньше, чем на открытых участках. Таяние снега в лесу замедлено. Все

эти особенности воздействия леса на почвы приводят к значи­ тельному повышению потерь на инфильтрацию в лесу по сравне­ нию с безлесными территориями. Лес уменьшает поверхностный сток, и вода с залесенных водосборов поступает в реки преиму­ щественно подземным путем. В связи с этим воздействие леса на

•сток малых и больших водосборов различно. В крупных бассей­ нах, речная сеть которых дренирует даже глубокие горизонты подземных вод, просочившаяся в почвы и грунты под лесными массивами вода дает подземный сток в реки. Речная сеть малых водосборов, как правило, неглубока и если и дренирует подзем­ ные воды, то только в самых верхних неустойчивых горизонтах. Большая часть инфильтрационных вод выходит за пределы та-

'ких бассейнов.

Суммарный годовой сток крупных и средних равнинных рек, полностью дренирующих подземные воды своих водосборов, в облесенных бассейнах больше, чем в безлесных. Для них харак­ терно увеличение доли подземного и уменьшение поверхностно­ го стока. В среднем сток облесенных бассейнов больше на 10— 20% в лесной и на 20—40%— в степной зоне СССР. Более зна­ чительное возрастание стока в зоне недостаточного увлажнения обусловлено большой контрастностью температуры воздуха и суммарного испарения на открытых и залесенных участках этой зоны.

В качестве примера можно -указать на соотношение стока почти равных но площади (F), но различно облесенных водосбо­ ров рек лесной зоны (бассейн Верхней Волги): Вори {F— = 807 км , лесистость 70%) и Сити (С=860 км2, лесистость 3%)- Средний годовой модуль стока Вори 6,52, Сити—5,74 л/с - км2.

Значительно резче различия годового стока облесенных и безлесных бассейнов степной зоны. Так, средний годовой модуль стока р. Боровки (Заволжье) с площадью бассейна 2040 км2 и лесистостью 35% равен 2,76 л/с-км2, а расположенной вблизи р. Бузудук (Г = 1810 км2, лесистость 0,3%)—1,96 л/с-км2.

Средний годовой сток рек и логов с малыми водосборами, не дренирующих грунтовых вод, снижается с увеличением леси­ стости. Так, по исследованиям Валдайской научно-исследова­ тельской лаборатории Государственного гидрологического ин­ ститута, средние за 20 лет величины годового стока и коэффици­ ента стока лога Таежного, облесенного на 98%, на 40—50% меньше, чем открытого лога Усадьевского, расположенного ря­ дом..

Некоторое уменьшение стока с лесных водосборов дает за­ держание осадков на кронах деревьев, которое, по некоторым данным, может достигать 30—50% суммы осадков, особенно жидких. Эти осадки теряются на испарение.

Влияние леса на внутригодовое распределение стока так­

116

■ных участков поступают грунтовые воды. В результате леса, сни­ жая сток весенних половодий и паводков, увеличивают сток ме­ жени, регулируя таким образом распределение стока в году.

При малом врезе русел рек и логов они не вскрывают грун­ товых вод. На залесенных водосборах таких водотоков макси­ мальный сток уменьшается, а меженный не возрастает, а чаще также уменьшается.

Под влиянием леса снижается максимальный сток талых и дождевых вод. На. больших и средних водосборах при лесисто­ сти 100% максимумы стока снижаются в 2—3 раза, в то время как на малых, не имеющих грунтового питания,— в 5—6 и даже, в 10 раз по сравнению с безлесными. Меньшее снижение стока крупных рек обусловлено поступлением грунтовых вод не только в межень, но и во время половодий и паводков.

Меженный сток больших облесенных водосборов повышает­ ся за счет накопленных весной запасов подземных вод. Так, лет­ ние модули стока р.Вори (лесистость 70%) в 5—6 раз выше, чем модули р. Сити (лесистость 3%).

Меженный сток милых рек, не дренирующих грунтовые'воды, с увеличением лесистости снижается за счет ухода этих вод за пределы бассейнов. Таким образом, на водосборах рек, дрениру­ ющих подземные воды, леса, уменьшая сток половодий и павод­

ный сток под влиянием леса уменьшается, меженный же не ра­ стет, в результате распределение стока в году неравномерно.

Представление о регулировании стока залесенных водосбо­ ров в различных географических зонах дает табл. 11, из которой видно, что регулирование четко прослеживается во всех рассмот­ ренных зонах.

Влияние леса ,на сток достаточно выявлено и подтверждено данными наблюдений с качественной стороны. Количественные же показатели его сильно варьируют в зависимости от местных условий, видов древесных пород, густоты леса, метеорологичес­ кой обстановки, поэтому обобщение их и распространение на не­ исследованные районы должно производиться с тщательным анализом и учетом местных.условий.

Озера и водохранилища регулируют сток, более равномерно распределяя его по сезонам. При прохождении половодий и па­ водков поступающие в оверовидные водоемы массы воды распре­ деляются , равномерно по их поверхности. В результате этого подъем уровня в водоеме бывает (значительно меньше, чем в ре­ ке до впадения в него. Соответственно незначительно возрастает и сток в реку, которая берет начало из водоема. В межень нако­ пившаяся в водоеме вода постепенно поступает в вытекающую реку, повышая ее сток.

Таким образом, меженный сток озерных рек выше, а сток половодий и паводков ниже, чем безозерных (табл. 12). В водо-

117

Схема типового распределения стока рек северо-запада Европейской части

118

хранилищах воды половодий искусственно задерживаются с целью накопления для последующего использования и регули­ рования.

Потери воды на испарение с поверхности озер и водохрани­ лищ приводят к уменьшению стока этими водоемами. 'Степень уменьшения стока зависит от разности между испарениам с во­

тери на испарение возрастают.

В избыточно и достаточно увлажненных районах, где раз­ ность ZB—Zc мала, озера незначительно уменьшают сток даже при озерности 10—15%. В засушливой зоне, где разность между ZBи Zc велика, озера и водохранилища сильно снижают сток. Так, в пустынных районах Средней Азии при озерности бассейна равной 1%, потери стока могут достигать, по расчетам А. А. Со­ колова (1964), 70—80% от стока безоозерных рек. При некото­ рой величине озерности озеро в этих районах полностью прекра­ щает сток, становясь бессточным.

В результате строительства водохранилищ потери воды на испарение возросли на Земном шаре на 70, км3 в год. К 1975 г. ожидается увеличение этих потерь до 110 км3 в год.

Влияние болот на сток определяется географическими усло­ виями территорий и в первую очередь -соотношением испарения с болот (Z6) и с незаболоченных участков (Zc). В районах избы­ точного и достаточного увлажнения, где различия между Z6 и Zc невелики, болота не уменьшают среднего годового стока.

Результаты исследований К- Т. Хоммйка в Эстонской ССР указывают на некоторое повышение стока с заболоченных тер­ риторий. По этим данным, сток с болот, покрытых лесом н кус­ тарником, в средние по водности годы больше, чем с незаболо­ ченных площадей, примерно .на 30, а в многоводные годы — на 40%- В маловодные годы, когда испарение с незаболоченных участков уменьшается из-за сухости почв, разность Z6—Zc воз­ растает и болота уменьшают сток.

Средний годовой сток с болот умеренно увлажненных терри­ торий, к которым относится БССР, по данным К. А. Клюевой и других исследователей, существенно не отличается от стока с

незаболоченных земель.

В районах недостаточного и неустойчивого увлажнения (за­ падная и северо-западная часть УССР и др.) болота вследствие большого испарения уменьшают сток.

Болота, аккумулируя значительную часть талых и дожде­ вых вод, уменьшают максимальные расходы половодий и павод­ ков. Это хорошо видно .на примере рек БССР, имеющих близкие площади водосборов и залееевность, но отличающихся по забо­ лоченности. Так, максимальный расход воды р. Ипуть у Новых Бобовичей (площадь бассейна 8960 км2, лесистость 18, заболо­ ченность 22%) в 1931 г. достигал 2060 м3/с, в то время как

119