авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Теоретические и методические основы оценки ресурсов поверхностных вод в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения европейской части россии

-- [ Страница 3 ] --

Накопление снега в лесных полосах и на примыкающих к ним полях зависит от конструкции насаждений, их высоты, ширины, длины, направления по отношению к господствующим ветрам, характера и размера снегосборной площади, расстояния между полосами, а также от метеорологических условий зимы: скорости ветра, количества и распределения во времени осадков и других факторов.

По конструкции лесные полосы подразделяют на плотные (непродуваемые), ажурные (продуваемые только внизу) и продуваемые (по всей высоте). Иногда выделяют еще умеренно-ажурные и ажурно-продуваемые. Основанием для отнесения полосы к той или иной группе служит отношение площади сквозных просветов в полосе к площади основного профиля.

Основными параметрами лесных полос являются высота, ширина, длина. От высоты зависит размер ветроумеряющего воздействия, по ней определяют границы облесенных участков и т.д.

Лесные полосы в Каменной степи представлены системами двух посадок - старых (взрослых) и молодых. Система старых посадок расположена в юго-западной части Каменной степи на водосборах Селекцентровской, Хорольской и Безымянной балок. Она состоит из ветроломных, водорегулирующих и прибалочных лесных полос, посаженных в 1893-1903 гг. экспедицией профессора В.В. Докучаева. Основные полосы системы ориентированы в меридиональном направлении, вспомогатель­ные - в широтном. Средняя лесистость этой части составляет около 20%. К системе молодых насаждений условно можно отнести посадки, созданные главным образом в 1950-1965 гг. Ориентация лесополос здесь такая же, как и в старой системе. Облесенность этой части 4%. Система располагается на водосбоpax балок Высокая, Травопольная и Степная. Два первых из них находятся на севере, третий - на юго-западной окраине Каменно-степного оазиса.

Итак, по месту положения (центральное или окраинное), возрасту посадок (старые или молодые) и защищенности (интегрального показателя П3, зависящего от длины, высоты, площади и конструкции лесополос) водосборы Каменной Степи могут быть разделены на две группы по три водосбора в каждой. Первая группа водосборов (центральных со старыми лесными полосами) имеет среднюю защищенность 135%. Лесные полосы находятся в полном ветроумеряющем взаимодействии. К этой группе можно отнести также водосбор Хорольской балки (П3 = 71%), так как он расположен в центре системы и с навет­ренной стороны его окаймляет относительно молодая лесная полоса, благодаря чему защищенность быстро прогрессирует. За последние 20 лет она увеличилась примерно на 25%. Средняя защищенность водосборов второй группы 46%. Лесные полосы здесь не находятся в полном ветроумеряющем взаимодействии, и, следовательно, водосборы относятся к системе со слабым взаимодействием лесных полос.

С увеличением показателя защищенности снегозапасы на водосборе увеличиваются (рис. 4). Происходит это вследствие уменьшения скорости ветра и снижения турбулентного обмена воздуха в приземном слое, что в итоге приводит к сокращению испарения со снежного покрова. Известно, например, что на облесенных полях устраняется возможность зарождения пыльных бурь, сокращается испарение с поверхности почвы и снеж­ного покрова.

В отличие от водосбора в целом в лесных полосах с ростом их защищенности снегозапасы сокращаются. Обращает на себя внимание большое различие (в 2,5-3 раза) в снегозапасах при малой (П3 = 40-60 %) и большой (П3 = 160-180 %) защищенности. К моменту, когда высота насаждений в системе слабого взаимодействия достигает 24-27 м, и она превращается в систему полного взаимодействия, снегозапасы в лесных полосах уменьшаются до 120-140 мм, а на водосборе в целом увеличиваются на 5-6 мм.

Четко выраженной связи между шириной лесополос и величиной аккумулированных в них снегозапасов не обнаруживается, так как снегонакопление зависит не столько от ширины и структуры полос, сколько от структуры всей системы и положения отдельных полос в ней. Однако в целом все же прослеживается тенденция уменьшения снегонакопления с ростом ширины лесных полос.

Рис. 4. Зависимость средних многолетних снегозапасов от показателя защищенности водосборов (сплошная линия) и лесных полос (штриховая линия) Каменной Степи. Цифры у точек - номера водосборов.

Так, на водосборе Степной балки с полосами шириной 20 м снегозапасы равны 300 мм, на водосборе Травопольной балки при ширине полос 26 м они составляют 220 мм. В среднем в лесных полосах шириной 20-30 м, составляющих слабо взаимодействующую систему, они равны 277 мм, в полосах шириной 37-47 м, входящих в полностью взаимодействующую систему, 114 мм. При этом на водосборах с большей защищенностью и даже с большей средней шириной лесных полос снегозапасы меньше.

Снегоохранная роль леса и лесных полос

Вопрос о сохранении снежных ресурсов лесом и лесными полосами практически не изучен. Между тем их роль в этом процессе довольно значительна. Как уже указывалось, количество снега, накапливающегося в лесу к началу весеннего снеготаяния в 1,5-2 раза превышает снегозапасы в поле. В лесостепной и степной зонах разница в снегозапасах лес - поле составляет в среднем 60 %. Однако рассмотренными выше факторами, обусловливающими различие в снегозапасах сопоставляемых ландшафтных форм, объяснить такую большую разницу в снегозапасах нельзя. Более благоприятные условия конденсации водяных паров в лесу по сравнению с полем дают небольшую добавку к снегозапасам. Невелик и ветровой снос снега в леса. С другой стороны, уменьшение запасов снега в поле после метелей и поземок в ряде случаев значительно превышает его количество, аккумулируемое в результате общего ветрового сноса лесными опушками и пониженными формами рельефа.

Балансовые расчеты показывают, что кроме описанных ранее факторов существует еще какой-то, благодаря которому (только ему одному) снегозапасы в лесу, по крайней мере, на 20-30 % больше, чем в поле. Сказанное наводит на мысль о присущей лесу и лесным полосам еще одной функции - снегоохранной, заключающейся в существенном ветроумерении и, как следствие этого, сокращении по сравнению с полем потерь снега на испарение при метелях и поземках.

Хорошо известно, что испарение с плоской поверхности снежного покрова невелико и за весь зимний сезон в лесостепной и степной зонах не превышает 20-25 мм, или примерно 0,2 мм/сут (Кузьмин, 1960; Мишон, 1979). О малой величине испарения снега при отсутствии метелей и поземок свидетельствуют фактические наблюдения Каменностепной гидрометеорологической обсерватории. Например, ни в один из дней января 1980 г. возгонка снега за дневные часы не превышала 0,2 мм (ночью наблюдалась конденсация водяных паров), в феврале – 0,12 мм, и только в начале марта она достигла 0,28 мм. По иному протекает процесс испарения, когда снег раздроблен, диспергирован в атмосфере или разделен на отдельные снежинки, окруженные воздушной средой. В этом случае испарение идет интенсивно, так как мелкие ледяные кристаллы испаряются очень быстро.

Ускоренное испарение поднятого и перемещаемого метелью и поземками снега происходит по двум причинам. Во-первых, поверхность летящей частицы открыта со всех сторон, тогда как поверхность снежинки, лежащей на снежном покрове, только с одной. Во-вторых, летящие снежинки перемещаются относительно воздушной среды за счет пульсации скорости ветра и относительного движения частиц в воздушном потоке. Обдувание снежинки ветром ускоряет их испарение. Метельный поток создает благоприятные условия для диспергирования твердой фазы. Турбулентный массообмен приводит к непрерывному удалению с поверхности летящей снежинки насыщенных паров с заменой их более сухим воздухом. При метелях съем пара с поверхности снега с учетом летящих снежинок оказывается на 1 - 2 порядка больше, чем при безветрии.

При метелевом переносе снега значительная его часть испаряется. Поскольку скорость ветра, частота и сила метелей в лесу и на полях, обрамленных лесными полосами, меньше, чем в открытом поле, потери снега на испарение в лесу также меньше, чем в поле.

Сокращение метелевого испарения лесом и лесными полосами происходит не только в результате их ветроумерения и снижения ими турбулентности воздушного потока, но и за счет уменьшения испарения при ограничении дальности перемещения снежинок. В Докучаевском оазисе Каменной Степи дальность переноса снежинок не превышает 630 м (размеры межполюсных клеток 450 х 630 м2), что почти в три раза меньше предельной дальности переноса снега, при достижении которой снежинка полностью испаряется. Близкие результаты имеем и для других систем лесополос.

Расчет снежных ресурсов в условиях расчлененного рельефа и островной лесной растительности.

Методика составления карт снегозапасов

Известно, что в районах с значительным эрозионным расчленением рельефа и островной лесной растительностью, в частности в лесостепной и степной зонах, ни один из существующих способов снегомерных работ на сети гидрометеорологических станций, взятый в отдельности, не обеспечивает достаточной точности определения снегозапасов, особенно на водосборах малых рек и временных водотоков (Комаров, 1955; Мишон, 1966; Паршин, 1953),

С развитием и совершенствованием снегомерных работ совершенствовалась и методика построения карт снегозапасов. Не вдаваясь в подробный анализ путей повышения точности снегомерных работ, отметим, что в настоящее время мы располагаем массовыми многолетними (с 1943 по 1965г.) материалами снегомерных съемок на полевых участках но треугольнику и многолетними (с 1963 по 1984 г.) материалами ландшафтно-маршрутных снегосъемок [Нежиховский, 1957]. К тому же на опорной сети гидрометеорологических станций накоплен обширный материал снегомерных съемок в овражно-балочной сети и под пологом леса, позволяющий в сочетании с указанным снегосъемками в поле разработать более усовершенствованную методику составления карт снегозапасов.

Применяемые на практике карты снегозапасов в зависимости от принципов, лежащих в основе их построения, и характера использованных материалов наблюдений за снежным покровом можно разделить на четыре типа.

Карты, основанные на результатах снегомерных съемок на полевых участках, в оврагах, балках, под пологом леса и учете площади овражно-балочной сети и леса. К ним относится «Карта максимальных запасов воды в снежном покрове центральных черноземных областей» В. М. Мишона (1960, 1976).

Общий запас воды в снеге на водосборе или в районе гидрометеорологической станции

где n - число характерных участков; Si - запас воды в снежном покрове на различных элементах ландшафта и угодий (в поле, лесу, лесных полосах, оврагах, балках и т. д.); fi - вес каждого угодья по отношению к общей площади водосбора или района станции, выраженный в долях единицы. Имея в виду, что fi = 1 - (f2+f3+…+fn), преобразуем уравнение, в результате чего получим:

S = S1 [1+f2 () + f3 () + … +fn ()]

Обозначим отношение снегозапасов в оврагах и балках к снегозацасам в поле S2/S1 через К0б, отношение снегозапасов в лесу к снегозанасам в поле S3/S1 - через Кл, отношение снегозапасов в лесных полосах к снегозапасам в поле S4/S1 - через Клп и т. д. Тогда уравнение примет следующий вид:

S = S1 [1 + f2 (Kоб - 1) + f3 (Кл - 1) + f4 (Клп -1) +…+ fn (Кn -1)]

где Коб - коэффициент накопления снега овражно-балочной сетью; Кл - коэффициент накопления снега лесом; Клп - коэффициент накопления снега лесными полосами и т. д.; f1, f2, f3, f4, fn - площади в долях единицы, занятые соответственно полем, овражно-балочной сетью, лесом, лесными полосами и т. д.

Удельный вес снегозапасов, аккумулированных вдоль транспортных магистралей и других видов препятствий, не­велик и, по оценке И. С. Гришина [1966], в бассейне Дона составляет всего лишь несколько процентов. Поэтому возможность получения на основе уравнения репрезентативных величин зависит прежде всего от следующих обстоятельств: 1) точности определения снегозапасов на четырех наиболее характерных элементах ландшафта и угодий: в поле S1, овражно-балочной сети S2, под пологом леса S3 и в лесных полосах S4; 2) наличия надежных сведений о площадях, занятых полевыми участками f1 овражно-балочной сетью f2, лесом f3 и лесными полосами f4. С учетом сказанного выраже­ние можно представить как

S=S1 [1 + (Коб - 1) f2+ (Кл -1) f3+ (Клп – 1) f4]

Для решения уравнения используем средние районные коэффициенты снегонакопления овражно-балочной сетью Коб и лесом Кл, карту площади овражно-балочной сети и карту лесистости (Мишон, 1966; Мишон, Михайлов, 1978). Найденные таким путем величины, несомненно, дают более реальное представление о снегозапасах на водосборе или в районе метеорологической станции, чем полученные по описанным выше первым трем типам карт.

Как уже было сказано, на величину снегозапасов при прочих равных условиях существенное влияние оказывает высота местности. Поэтому при построении карт максимальных запасов воды в снежном покрове необходимо учитывать увеличение снегозапасов с высотой местности, для чего следует использовать зависимости Sмак = f(H) и проводить изолинии снегозапасов на соответствующей гипсографической основе.

Все изложенное позволило составить карту средних максимальных за зиму запасов воды в снежном покрове Центрального Черноземья (рис. 5), которая существенно отличается от имеющихся подобных карт и представляется более обоснованной не только по принципу построения, но и по объему использованных фактических данных.

Для составления карты были привлечены данные снегомерных съемок в районе 95 гидрометеорологических станций, а также в 90 пунктах в овражно-балочной сети и в 50 пунктах под пологом леса. Кроме того, для увязки изолинии снегозапасов с дайны ми соседних районов использованы снегосъемки в районе 20 гидрометеорологических станций и постов, расположенных за пределами рассматриваемой территории.

Основы гидрологического районирования

В основе гидрологического районирования лежит закон мировой географической зональности, сущность которого заключается в допущении плавного широтного изменения климатических и ландшафтных факторов (Соколов, 1961; Соколов, Чеботарев, 1970). Однако при гидрологическом районировании относительно небольших природных регионов или экономических районов учета только климатических и зональных факторов недостаточно. Например, вся территория Центрального Черноземья, согласно районированию П. С. Кузина [1960], располагается в одной степной гидрологической зоне и в двух районах - Днепровско-Донском и Средне-Волжском, граница между которыми проходит по Окско-Донской низменности (по линии Москва - Тамбов - Борисоглебск - Волгоград).

 Карта средних максимальных за зиму запасов воды (мм) в снежном покрове-12

 Карта средних максимальных за зиму запасов воды (мм) в снежном покрове-13

Рис. 5. Карта средних максимальных за зиму запасов воды (мм) в снежном покрове Центрального Черноземья

Гидрологическое районирование этой же территории, проведенное нами (Мишон, 1969), основано на взаимосвязи поверхностного, подземного и годового стока рек.

Годовой сток рек является результатом суммирования двух генетически разнородных видов стока - подземного и поверхностного. В свою очередь, поверхностный сток формируется за счет стока талых снеговых вод и стока летне-осенних дождевых и зимних паводков. В условиях Центрального Черноземья дождевой сток в летний период наблюдается редко и, как правило, мал. Поверхностный сток осенних и особенно зимних паводков в отдельные годы (1938, 1953, 1955 и т. д.) может достигать более существенных значений, однако в большинстве случаев он также невелик. В целом сток дождевых летне-осенних и зимних паводков в пределах рассматриваемой территории не превышает 5-3 % от общего поверхностного стока. Следовательно, основная составляющая поверхностного стока в условиях Центрального Черноземья - весенний поверхностный сток. Все отмеченное выше и сравнительно постоянное подземное питание, которое получает река из соответствующего водоносного горизонта, является генетической предпосылкой для существования в каждом конкретном речном бассейне достаточно четко выраженной зависимости годового стока реки от весеннего поверхностного.

Анализ графиков связи годового и весеннего поверхностного стока большинства рек показывает, что для юго-восточных (степных) районов, где подземный сток сравнительно мал, а доля весеннего поверхностного стока в годовом велика (реки Осередь, Подгорная, Кумылга и др.), она большая (коэффициент корреляции r = 0,90-0,95). Для северной и северо-западной лесостепной частей рассматриваемой территории, где подземный сток больше, а доля весеннего стока в годовом несколько меньше (реки Свапа, Цна, Кариан и др.), связь сопоставляемых характеристик менее тесная (r = 0,85 - 0,90). Для районов распространения карстовых явлений (реки Оскол, Зуша и др.) теснота связи указанных видов стока еще меньше

(r =0,75 - 0,80).

Аналитическая связь ежегодных значений годового и весеннего поверхностного стока в общем виде.может быть выражена уравнением

H = Ah+B,

где Н - годовой сток, мм; h - весенний поверхностный сток, мм; А и В - параметры.

Физико-географический параметр А зависит в основном от соотношения для данного района значений поверхностного дождевого стока и стока зимних паводков, с одной стороны, и потерь стока на испарение - с другой. В частном случае, когда обе величины одинаковы, А=1. Когда сток дождевых и зимних паводков выше потерь на испарение, что наблюдается па севере и северо-западе лесостепной зоны Черноземного Центра, А>1, в противоположном случае А<1. По исследуемой территории этот параметр изменяется в незначительных пределах - от 1 (реки Подгорная, Осередь и др.) до 1,2 (реки Нугрь, Свапа, Сосна и др.).

Параметр В (мм) в уравнении, прежде всего, определяется подземным питанием реки в рассматриваемом замыкающем створе. Поэтому он зависит от гидрогеологических особенностей бассейна - водообильности основных водоносных горизонтов, питающих реку, а также от глубины вреза русла и, следовательно, числа водоносных горизонтов, дренируемых рекой.

Для районов, где реки получают подземное питание из наиболее водообильных и мощных горизонтов, параметр В имеет наибольшее значение (65-70 мм). Для районов, где мощность и водообильность основных водоносных горизонтов незначительна, параметр В, характеризующий подземный сток, не превышает 15-20 мм. Вследствие различия климатических и почвенно-геологических условий в разных частях района с одними и темп же основными водоносными горизонтами подземное питание рек и, следовательно, параметр В могут быть также различными. Например, для северо-западной части рассматриваемой территории - районе распространения четвертичных и сеноман-альбских водоносных горизонтов, простирающихся узкой полосой с северо-запада на юго-восток Центрального Черноземья, В = 50 мм (р. Свапа), для крайнего юго-востока В=14 мм (р. Подгорная).



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.