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 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

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

-- [ Страница 5 ] --

При отсутствии наблюдений на временных водотоках для определения параметра Кврем применяют зависимость К = f(Крек). Для гидрологических районов Центрального Черноземья и отмеченных выше воднобалансовых станций она, как и зависимость Кврем – f(Smax), выражается прямой линией.

Параметр К = Крек - Кврем характеризует поступление в реку подземных вод (м3) с 1 км2 водосборной площади. В Центральном Черноземье его среднее многолетнее значение изменяется от 16 000 в I гидрологическом районе до 5000 м3/км2 - в IV.

Зональный, азональный и аномальный весенний сток

Для расчета нормы речного стока в неисследованных створах средних и крупных рек строят зональные карты стока. Достаточно крупные речные бассейны как бы интегрируют климатические и другие физико-географические факторы стока и нивелируют различные их местные отклонения, поэтому речной сток таких водосборов имеет выраженный зональный характер распределения [Воскресенский, 1962; Соколов, 1961; Соколов, Чеботарев, 1970].

Азональные отклонения местных физико-географических факторов от средних условий прежде всего обусловливают значительную пестроту или контрастность в распределении стока малых водосборов, находящихся не только в пределах одного гидрологического района, но в ряде случаев расположенных даже по соседству. По данным К. П. Воскресенского [1962], под влиянием местных (азональных) факторов отклонения стока малых рек от зонального значения в одном и том же географическом районе могут доходить до 100% и более.

Природа нередко существенных отклонений местного стока от зонального весеннего поверхностного стока рек вытекает из уравнения водного баланса

h=(5+х)-(Рф+Ра+Ри)

где h - местный сток; S - максимальные запасы воды а снежном покрове к началу весеннего снеготаяния; х - осадки от начала снеготаяния до конца половодья; Рф - потери талых вод на просачивание в почву; Ра -аккумуляция талых вод на поверхности водосбора в различного рода понижениях и углублениях рельефа; Ри - испарение с поверхности тающего снежного покрова и талых снеговых вод без конденсации.

В основном приходная часть уравнения h=(5+х)-(Рф+Ра+Ри) определяетя максимальными снегозапасами и в некоторой мере - осадками в период половодья.

Важной задачей установления поправок к норме стока малых водотоков является определение критических или пре­дельно малых площадей водосборов рек, для которых по зональным картам весеннего стока можно с удовлетворительной степенью точности вычислить норму стока. Для определения критической площади FK нами собраны и обработаны материалы наблюдений за весенним стоком на 90 водосборах малых рек и временных водотоках бассейна Дона и прилегающих районов, расположенных в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения. Кроме того, использованы материалы наблюдений по ряду малых рек и временных водотоков в зоне избыточного увлажнения. В необходимых случаях кратковременные наблюдения (менее 10-15 лет) приведены к многолетнем периоду. Далее дли каждого водосбора находили отклонение фактического стока hо от зональной нормы h, определенной по карте изолиний [Мишон, 1970; Указания СН – 435 – 72, 1972], и полученные отношения наносили на график связи hj/h = f(F), где F - площадь водосбора (рис. 9).

К. П. Воскресенский [1956, 1962] теоретически объяснил и фактическими материалами наблюдений подтвердил, что в разных природных зонах различия в стоке больших и малых рек неодинаковы как по значению, так и по знаку. В частности, в бассейне Дона, где вследствие неглубокого эрозионного вреза русел малые водотоки не полностью дренируют подземные воды, их годовой сток, как правило, меньше зонального.

Весенний сток малых рек и временных водотоков, как это видно из рис. 9, в любой географической зоне может быть как больше, так и меньше зонального. В отличие от годового стока его значение и знак отклонения определяются прежде всего условиями снегонакопления, инфильтрации талых вод в почву и их поверхностным задержанием. При наиболее благоприятных условиях суммарное воздействие всех азональных факторов способствует существенному превышению весеннего стока над зональным. Напротив, при неблагоприятных условиях формирования весенний сток малых водотоков меньше зонального.

При F > FK распределение стока по территории полностью подчиняется закону географической зональности и мало зависит от местных азональных факторов. Напротив, при F < FK в формировании стока значительный вес приобретают местные условия, причем в тем большей степени, чем меньше площадь водосбора.

 Отклонение от зональных значений нормы местного весеннего стока и-18

Рис. 9. Отклонение от зональных значений нормы местного весеннего стока и зависимости от площади водосбора в зоне избыточного увлажнения (а), неустойчивого (б) и недостаточного (в)

Учет основных азональных и аномальных факторов при расчете местного стока.

Рельеф

Орографическое строение территории наравне с климатическими условиями оказывает существенное влияние на формирование весеннего стока. Высота местности, уклон водосбора, экспозиция и длина склонов, находясь во взаимодействии е климатом, определяют величину осадков и слоя стока половодья. О немаловажной роли рельефа в вертикальной зональности распределения стока рек говорит довольно значительный градиент изменения стока половодья по высоте. Для условий Среднерусской и Приволжской возвышенностей на каждые 10 м отклонения высоты бассейна от средней высоты окружающего района весенний сток изменяется на 10 мм, или на 20-25% по сравнению с зональным его значением [Мишон, 1967; 1961; 1976]. Таким образом, высота местности представляет собой один из основных азональных факторов формирования весеннего стока.

Связь нормы стока с средней высотой водосборов hо = f(Hср) рек Приволжской и Среднерусской возвышенностей выражается тремя прямыми, каждая из которых отражает степень влияния рельефа на речной сток (рис. 10).

 Зависимость нормы весеннего стока рек от средней высоты водосбора: 1 - на-19

Рис. 10. Зависимость нормы весеннего стока рек от средней высоты водосбора: 1 - на западных склонах Приволжской возвышенности; 2 и 3 - соответственно на восточных и западных склонах Среднерусской возвышенности

Прямая 1 (см. рис. 10) отражает связь стока с высотой водосбора на западных склонах Приволжской возвышенности (верховья Вороны, Хопра и др.). Эти склоны находятся в наиболее благоприятных условиях снегонакопления. Здесь наблюдается наибольшая (134-143 суток) продолжительность залегания снежного покрова, которая соответственно на 15- 20 и 10-11 суток выше, чем на Среднерусской возвышенности и Окско-Донской низменности. Максимальные снегозапасы на 20-40 мм выше, чем в других районах Центрального Черноземья.

Прямая 2 характеризует связь стока с высотой водосборов рек восточных склонов Среднерусской возвышенности (Сосна, Ос кол, Девица и др.). В отношении условий снегонакопления эти склоны занимают промежуточное положение между склонами Приволжской и западными склонами Среднерусской возвышенностей. Соответственно этому и норма весеннего стока при других равных условиях здесь на 10-15 мм ниже, чем на западных склонах Приволжской возвышенности, но на 10-15 мм выше, чем на западных склонах Среднерусской возвышенности [Мишон, 1967; 1970; 1976].

Прямая 3 указывает па зависимость hо = f(Hср) для западных склонов Среднерусской возвышенности (водосборы Оки, Сейма, Свапы и др.). По сравнению с другими возвышенными частями рассматриваемой территории эти склоны находятся в наименее благоприятных условиях накопления снегозапасов. В соответствии с этим норма весеннего стока здесь также ниже.

Овражно-балочная сеть

Влияние овражно-балочной сети на местный весенний сток исследовано слабо. Отсутствует и общепринятая методика определения основных количественных показателей овражно-балочной сети. Поэтому имеющиеся в литературе данные о площадях, занятых оврагами и балками в тех или иных районах, весьма противоречивы. В работах [Коронкевич, Юревич, 1975; Паршин, Салов, 1955] отмечается, что в зоне черноземных почв овраги занимают не более 3-5% общей площади территории и лишь местами составляют 8-10%, в [Мильков и др. 1963; Устюжанин, 1967] сказано, что в северной части степной зоны площадь оврагов и балок достигает 25%, а в некоторых районах юга Среднерусской возвышенности - 50% площади землепользования колхозов.

Проведенные нами исследования (с применением новой методики) показывают, что в ряде областей Центрального Черноземья и прилегающей территории овражно-балочная сеть развита на значительных площадях [Мишон, 1966; Мишон, Михайлов, 1978].

Если накопление снега в овражно-балочной сети превышает его суммарные потери, то ее влияние на весенний сток положительно. При других соотношениях снегонакопления и потерь роль ее отрицательна или нейтральна.

Лес и лесозащитные полосы

Лес как часть географического ландшафта неоднозначно влияет на весенний сток. В. И. Рутковский [1956] на основе полевых работ в центральной лесостепи европейской территории СССР (почвы - тяжелые суглинки) и южной части ее лесной зоны (почвы - покровные суглинки), установил, что леса уменьшают весенний сток. Аналогичного вывода придерживаются А. И. Субботин [1966], В. М. Мишон [1974, 1975] и другие исследователи. Однако П. Ф. Идзон, Г. С. Пименова [1975], А. В. Лебедев [1964] и другие считают, что с ростом лесистости бассейна весенний сток увеличивается. При этом они утверждают, что, как и на годовой сток, влияние леса проявляется через увеличение осадков и уменьшение испарения. Вместе с тем не отрицается и повышенная способность лесных почв к переводу поверхностных вод в подземные.

В зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения лес как зональный фактор влияет на весенний сток отрицательно [Мишон, 1974; 1975] (рис. 34). Малочисленность данных о залесенных водосборах степной зоны не позволяет провести кривую 2 с достаточной степенью точности. Для ее обоснования использованы наблюдения опорной сети Госкомгидромета СССР и наблюдения Велико-Анадольской станции за годовым стоком.

 Зависимость среднего весеннего поверхностного стока малых водосборов от-20

Рис. 11. Зависимость среднего весеннего поверхностного стока малых водосборов от лесистости: 1 - в зоне неустойчивого увлажнения; 2 - в зоне недостаточного увлажнения.

Представленные на рис. 11 кривые уменьшения несение го стока с увеличением лесистости водосборов позволяют получить значения поправочного коэффициента Клес на изменение местного стока в зависимости от площади лесного массива [Мишон, 1974].

Ценность поправочного графика не ограничивается его применением для «нахождения поправки Wлес на площадь лесов. С его помощью можно количественно оценить влияние на речной сток (поверхностный и подземный) вырубки лесов и сплошной распашки земель, проводимых в прошлом, и, что особенно важно, - планируемых лесомелиоративных мероприятий.

Роль лесных полос в формировании весеннего стока более существенна, чем роль аналогичного по площади и породному составу лесного массива, так как они воздействуют не только на площадь, занимаемую самой полосой, но и на вышерасположенные склоны [Львович, 1948; Мишон, 1975]. В Каменной степи леcные полосы, занимающие 5% площади водосбора, способствуют уменьшению стока на столько же, как лесной массив, занимающий примерно 15% площади водосбора, а лесополосы площадью 10-15%, сокращают сток на столько же, как лесной массив площадью 50-60% от площади водосбора.

Почвенный покров

Почвенный покров водосборов наряду с лесистостью, рельефом, карстом и другими факторами подстилающей поверхности играет существенную роль в формировании дождевого и снегового стока. По образному выражению М. И. Львовича [1963], почва «трансформирует метеорологические явления в гидрологические». От степени этой трансформации зависят соотношение между поверхностным и подземным стоком рек, водная эрозия, а также агротехнические и гидротехнические мероприятия по борьбе с ней.

К решению вопроса о влиянии почвогрунтов на весенний сток можно подойти иным путем [Мишон, 1974; Мишон, Жирдев, Рязанцев, 1977]. Мы уже отмечали, что годовой сток рек является результатом суммирования двух генетически разнородных видов стока — поверхностного и подземного. Поскольку основной составляющей годового поверхностного стока является весенний поверхностный сток, степень влияния почвогрунтов на сток половодья можно определить из уравнения

H = h + hп

где Н - годовой, h - весенний поверхностный, hп - под­земный сток, мм.

Бассейны, сложенные легко проницаемыми почвами (песчаными и супесчаными), при прочих равных условиях имеют подземный сток больше и поверхностный сток меньше, чем водосборы с плотными малопроницаемыми породами (глинистыми и тяжелосуглинистыми). Следовательно, можно полагать, что в среднем за достаточно длительный период времени в данном физико-географическом районе в подземном питании рек принимают участие грунтовые воды, которые в основном формируются за счет потерь талых вод на инфильтрацию. Доля весеннего поверхностного стока в годовом больше для тех водосборов, где потери талых вод на фильтрацию меньше. Поэтому отношение нормы весеннего стока к норме годового стока Ф = h/H в определенной степени характеризует влияние почвенного покрова на фильтрацию и может быть принято за косвенную количественную характеристику фильтрационной способности почв [Мишон, 1974; 1975].

Исходя из сказанного косвенную характеристику филы рационной способности почвогрунтов Ф определяли для четырех групп водосборов рек с различными почвенными разностями. К первой группе отнесены водосборы, слагаемые тяжелосуглинистыми почвами, ко второй - легко- и среднесу-глинистыми почвами, к третьей - разные по механическому составу, к четвертой - водосборы, имеющие песчаные и супесчаные почвы.

Было установлено, что среднее значение косвенной характеристики фильтрационной способности почв Фср для рек, бассейны которых сложены в основном песчаными и супесчаными почвами, равно 0,56, для бассейнов с легко- и среднесуглинистыми почвами - 0,59, для бассейнов с разными по механическому составу почвами - 0,62 и для бассейнов с тяжелосуглинистыми почвами - 0,73. Среднее значение показателя Фср получено как среднее арифметическое для всех принятых к расчету водосборов данной группы. Предлагаемая косвенная характеристика поглотительной способности почв генетически обоснована и доступна для массовых гидрологических расчетов, что позволяет использовать ее для оценки влияния почвы на местный сток (Мишон, 1974; 1975).

 Зависимость относительных поправок Wпочв 100%/W3, вводимых к зональной норме-21

Рис. 12. Зависимость относительных поправок Wпочв 100%/W3, вводимых к зональной норме весеннего стока, от относительной фильтрационной способности почвы (Фо/Фз)-1. Цифры у кружков обозначают номера водосборов.

Карст

Карстовые формы рельефа, обладая развитой трещиноватостью и полостностью, характеризуются повышенной фильтрационной способностью и водовместимостью, что в конечном итоге отрицательно сказывается на условиях формирования весеннего поверхностного стока. Качественно вопрос о географическом распространении и гидрологической роли карста освещен широко (Бабкин, 1969; Балков, 1970; Мильков и др., 1963; Михно, 1972). Однако до последнего времени конкретных рекомендаций по количественному учету влияния закарстованности на снижение нормы стока половодья и перевода его в подземный нет [Мишон, 1974]. Нет и метода оценки влияния карста на вероятностный весенний сток.

Для расчета нормы и обеспеченных величин весеннего стока закарстованных бассейнов использован принцы; географического сопоставления фактического стока с зональным. При построении графика поправок на карст в качестве аргумента принята площадь карстующихся пород fкарст, в качестве функции - разность между фактической и зональной величинами стока.

Заключение

В результате проделанной работы получены следующие выводы:

  1. В условиях значительного эрозионного расчленения местности, снегомерные съемки на полевых участках без учета снега, аккумулированного в понижениях рельефа и в лесу, не обеспечивают достаточную достоверность полученных данных. Установлено, что они занижены в этом случае до 18-30 %.
  2. Для повышения точности учета снегозапасов на водосборах рек методика картирования снегозапасов учитывающая их не только на полевых участках, но и в овражно-балочной сети и в лесах, а также площадь занятая этими элементами ландшафта.
  3. Детально исследована гидрологическая роль рельефа (высоты местности, экспозиции склонов, уклонов водосборов, площади овражно-балочной сети).
  4. Доказано, что в отличии от обще принятого мнения, в распредели осадков на склонах Среднерусской возвышенности снежные ресурсы на восточных её склонах больше, чем на западных.
  5. На основе разработанной методике выявлены условия формирование снежных ресурсов в овражно-балочной сети, лесах и лесных полосах. Для всех административных областей Центрального Черноземья получены количественные характеристики (в км3 и процентах) снегозапасов, состредоточенных в поле, овражно-балочной сети, лесах и лесных полосах.
  6. На основе взаимосвязи поверхностного, подземного и годового стока разработан метод гидрологического районирования Центрального Черноземья. Дано описание выделенных девяти гидрологических районах с указанием основных гидрологических, климатических и морфологических характеристик.
  7. Разработан метод расчета подземного стока в период весеннего половодья, основанные на предложенной автором принципиальной схеме определения подземного питания, базой для которой послужили теоретические разработки приведенные в диссертации.
  8. Разработан метод расчета коэффициента вариации весеннего стока рек в условиях лесостепной и степной зон Европейской территории России.
  9. Оценена гидрологическая роль и разработана методика определения площади и емкости овражно-балочной сети.
  10. Разработана система поправок к зональном условиям формирования местного стока на влияние азональных факторов: рельеф, лес, лесные полосы, почвенных покров, расчлененность территории.
  11. Разработана методика расчета местного стока в районах недостаточного и неустойчивого увлажнения.
  12. Оценены статические водные ресурсы прудов и водохранилищ Центрального Черноземья. Показан их вклад в суммарные ресурсы поверхностных вод и в регулирование местного стока.
  13. Разработана методика совместного картирования динамических и статических ресурсов поверхностных вод. В масштабе 1:500 000 составлены карты суммарных (статических и динамических) водных ресурсов для областей Центрального Черноземья.

Основные публикации по теме диссертации:



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 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.