О влиянии заболоченности и лесистости водосборов на водный сток рек таёжной зоныЗападной Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 344.

О влиянии заболоченности и лесистости водосборов на водный сток рек таёжной зоныЗападной Сибири

Получены новые данные об общей площади водосборов рек таежной зоны Западной Сибири, их лесистости и заболоченности, позволяющие по-новому взглянуть на проблему определения водного стока гидрологически неизученных рек. Уточнены значения модулей максимального, минимального и среднего водных сток рр. Чая, Икса, Андарма, Бакчар, Ключ, Васюган, Горчак, Парабель, Кенга, Чузик с учетом новых данных о площади водосборов. Показано, что связь между заболоченностью, лесистостью и водным стоком является неоднозначной, в связи с чем необходим более детальный анализ структуры заболоченных и лесных территорий. Установлено, что влияние лесистости и заболоченности различным образом проявляется для рек с площадью водосбора до и свыше 5000 км2, что позволяет уточнить границу между малыми и средними реками таежной зоны.

Influence of bogs and forests in the river basin on the water run-off of the riversof the taiga zone of Western Siberia.pdf Решение целого ряда гидрологических задач сопря-жено с оценкой влияния заболоченности, озерности изалесенности водосборных территорий на величинуречного стока. Этой проблеме посвящено большое ко-личество научных исследований, среди которых следу-ет отметить работы [1, 2], разработаны нормативныедокументы, определяющие общий подход к оценкевлияния морфометрических характеристик речных бас-сейнов на гидрологический режим. И все же до сих поростаются вопросы о корректности ряда используемыхподходов и характере получаемых в соответствии сними функциональных зависимостей.Причиной этого, вероятно, являются мелкомас-штабные карты и, самое главное, нерешенные методо-логические вопросы типа «Что такое болото (водныйобъект, экосистема, фитоценоз, комплекс почв, геоло-гический объект)? Может ли быть болото без торфа(например, в долине большой реки, где процесс торфо-образования систематически прерывается вследствиеформирования слоя минеральных осадков после про-хождения половодья)? Как отличить болото от заболо-ченного леса? Является ли болото водным объектом?Если да, то каким - поверхностным (как это указано вдействующем Водном кодексе Российской Федерации)или подземным (что вытекает из характера движенияподземных вод)? Как определить водораздел на забо-лоченной территории с учетом наличия различныхвнутриболотных экосистем, сезонных и многолетнихизменений поверхности водосбора?» и т.д. Следуетотметить, что вопросы эти совсем не новые. Они с та-кой же актуальностью стояли и 50, и 100 лет назад, нодо сих пор на них нет полноценных ответов, а лишьотдельные решения.Чем отличается современная ситуация от того,что сложилось в течение десятилетий? Во-первых,появилась новая законодательная практика, опреде-ляющая возможность работать с земельными участ-ками, включая заболоченные. Во-вторых, с каждымднем все большее распространение получают дис-танционные методы исследования Земли, представ-ляющие собой наиболее эффективный, по сравнениюс существующими в настоящее время, инструмент. Сучетом этого в данной работе предпринята попыткаопределить морфометрические параметры заболо-ченности лесистости водосборов путем дешифриро-вания космоснимков и на качественно новом уровнеоценить роль болот и леса в формировании водногостока.Объекты и методика исследованияОбъектом исследований являются средние (с пло-щадью водосборов от 2000 до 50000 км2) и малые (сплощадью водосбора до 2000 км2) реки, являющиесяпритоками Оби разного порядка, - рр. Чая, Андарма,Бакчар, Икса, Васюган, Горчак, Парабель, Кенга, Чу-зик, Ключ. Схема размещения пунктов гидрологиче-ских наблюдений в районе исследований представленана рис. 1.С использованием данных космической съемкиLandsat 7 на основе тематического дешифрирования бы-ли получены границы водосборов указанных выше рек.Также была выполнена количественная оценка лесисто-сти и заболоченности рассматриваемых водосборов врезультате совместного анализа данных дистанционногозондирования Земли, материалов гидрологических ре-жимных наблюдений и полевых изысканий. Для реше-ния этой задачи в пределах выделенных водосборов бы-ло проведено дешифрирование болотных и лесных эко-систем с помощью методов автоматизированной клас-сификации. Для дешифрирования применялись муль-тиспектральные космоснимки с разрешением 30 м, вы-полненные прибором ETM+ с борта ИСЗ Landsat 7. Приклассификации использовались 1-5-й спектральные ка-налы с разрешением 30 м, соответствующие 5 спек-тральным диапазонам (в мкм): 1) 0,45-0,52; 2) 0,52-0,60;3) 063-0,69; 4) 0,76-0,90; 5) 1,55-1,75.Для построения обучающих выборок применялисьсинтезы-комбинации имеющихся каналов (например, 5,4, 2-й каналы), позволяющие наиболее уверенно выде-лить группы яркостных, геометрических и текстурныхпризнаков дешифрируемых классов (экосистем). В со-ответствии с этими признаками были проведены выде-ление и классификация экосистем, после чего получен-ные изображения векторизовывались и экспортирова-лись в формат ArcGIS, где осуществлялись генерализа-ция и обработка графических объектов. На основе по-лученных векторных покрытий проводились подсчетыплощадей лесных и болотных экосистем, а также ха-рактеристики лесистости и заболоченности. Дополни-тельная информация об использованной методике де-шифрирования болотных и лесных экосистем в таеж-ной зоне Западной Сибири и примеры дешифрирова-ния приведены в [3-5].Во-вторых, выполнено сопоставление данныхдистанционного зондирования Земли с материала-ми режимных гидрологических наблюдений Рос-гидромета за весь период наблюдений (их обобще-ние выполнено в [6]) с использованием корреляци-онного и регрессионного анализа с учетом требо-ваний [7]. Зависимость принималась статистическизначимой с уровнем значимости 5%, если коэффи-циент корреляции r между показателями и коэф-фициент регрессии a больше удвоенной погрешно-сти определения коэффициента корреляции δr и δасоответственно, а величина S/σ - не более 0,8 (σ -среднее квадратическое отклонение). Погрешностиопределения коэффициентов корреляции опреде-лены по формуле11 2−−δ ≈Nrr , (1)где N - объем выборки; величина S определена по формуле( )Ny ySΣ −=2ф в, (2)где yф и yв - фактическое и вычисленное значения ве-личины y. Дополнительно проводилось сопоставлениерезультатов дешифрирования космоснимков с даннымиэкспедиционных исследований, полученными авторамив течение 2005-2010 гг.Рис. 1. Схема расположения гидрологических постов (1) и границ водосборов исследуемых рек (2);нумерация постов приведена в табл. 1-3Результаты исследования и их обсуждениеРезультаты дешифрирования космоснимков и после-дующей их обработки с использованием геоинформаци-онных технологий (табл. 1, 2) в целом заметно отлича-ются от данных, полученных ранее, например в [8].Причиной этого могут являться менее точный картогра-фический материал, с помощью которого определялисьзаболоченные и залесенные территории, а также разли-чия в методологии исследования (в частности, в рас-сматриваемой работе учитывались линии стекания,идентифицируемые с помощью фитоиндикации), и оп-ределенные изменения в структуре экосистем изучае-мых водосборов (период между измерениями составляетоколо 50 лет). Тем не менее в большинстве случаев, аименно для всех средних рек, площади водосборов ока-зались несколько меньше, чем это было принято ранее.Следовательно, при условии правильности выполнен-ных измерений ранее полученные результаты расчетамодулей водного стока оказались меньше фактическихзначений. В случае малых рек с сильно заболоченнымиводосборами наблюдается противоположная ситуация -площади их водосборов оказались выше ранее извест-ных данных, а модули водного стока - завышенными.Т а б л и ц а 1Площади речных водосборов Васюганского болота и различных экосистем в их пределах (в скобках - данные [8]), км2Река Пункт Fв f(лм) f (лб) f(л*) f(бб) f(б*) f(г)Чая Подгорное 24211 (25000) 9572 8854 18426 5498 8877 287Андарма Панычево 2382 (2330) 1103 628 1731 636 1264 15Бакчар Горелый 6406 (6610) 2157 2487 4644 1617 2512 145Бакчар Полынянка 2091 (2040) 577 792 1369 638 823 84Икса Плотниково 2286 (2560) 614 877 1491 752 910 43Васюган Майск 3723 (3730) 1412 1439 2851 781 1460 91Горчак Майск 103 (97) 32,0 50,6 82,6 20,4 70,4 0,0Парабель Новиково 17314 (17900) 7770 6077 13847 3340 6096 127Кенга Центральный 6480 (7440) 1934 3164 5098 1279 3184 103Чузик Осипово 6850 (7090) 3765 1835 5600 1245 1853 5Ключ Полынянка 75,7 (44) 16,1 21,2 37,2 38,5 72,0 0,0Примечание. Fв - площадь водосбора, км2; f(лм) - площадь леса на минеральных грунтах, км2; f(лб) - площадь болотного леса, км2; f(л*) - об-щая площадь лесов, км2; f(бб) - площадь безлесных болот, км2; f(б*) - общая площадь болот, км2; f(г) - площадь гарей, км2.Т а б л и ц а 2Доли распространения экосистем в пределах речных водосборов Васюганского болота, % от площади водосборовРека Пункт f(лм)` f(лб)` f(л*)` f(бб)` f(б*)` f(г)`Чая Подгорное 39,5 36,6 76,1 (60) 22,7 36,7 (35) 1,2Андарма Панычево 46,3 26,4 72,7 26,7 53,1 0,6Бакчар Горелый 33,7 38,8 72,5 (50) 25,2 39,2 (40) 2,3Бакчар Полынянка 27,6 37,9 65,5 (75) 30,5 39,3 (24) 4,0Икса Плотниково 26,9 38,4 65,2 (50) 32,9 39,8 (49) 1,9Васюган Майск 37,9 38,7 76,6 (64) 21,0 39,2 (35) 2,4Горчак Майск 31,1 49,1 80,2 (70) 19,8 68,4 (20) 0,0Парабель Новиково 44,9 35,1 80,0 (59) 19,3 35,2 (40) 0,7Кенга Центральный 29,8 48,8 78,7 (50) 19,7 49,1 (40) 1,6Чузик Осипово 55,0 26,8 81,8 (64) 18,2 27,1 (35) 0,1Ключ Полынянка 21,2 28,0 49,2 (80) 50,8 95,1 (15) 0,0Примечание. В скобках - данные [8]. f(лм)` - площадь леса на минеральном грунте, %; f(лб)` - площадь болотного леса, %; f(л*)` - общая пло-щадь лесов, %; f(бб)` - площадь безлесных болот, %; f(б*)` - общая площадь болот, %; f(г)` - площадь гарей, %.С учетом этого нами были пересчитаны модулисреднемноголетнего, максимального и минимального(за период ледостава и открытого русла) водных стоков(табл. 3) и проведен их корреляционный анализ, позво-ливший выявить статистически значимые связи междуморфометрическими и гидрологическими характери-стиками (табл. 4), наиболее значимые среди которыхмежду: 1) модулем максимального стока и общей пло-щадью водосбора, площадью лесов на минеральныхгрунтах, общей площадью лесов в абсолютном выра-жении (обратная зависимость), площадью болотныхлесов и общей площадью болот (в абсолютном выра-жении - обратная зависимость, в относительном - пря-мая); 2) модулем минимального стока (летне-осеннегои зимнего) и общей площадью водосборов, площадьюлесов на минеральных грунтах, болотных лесов, общейплощадью лесов и болот (прямая зависимость) и пло-щадью безлесных болот (обратная зависимость). Зна-чимая связь с модулем годового стока выявлена толькодля относительной суммарной площади лесов (прямаязависимость) и относительной площади безлесных бо-лот и гарей (обратная зависимость).Т а б л и ц а 3Модули водного стока малых и средних рек Васюганского болота, вычисленные с учетом данных дешифрирования Земли, л/(с·км2)Река Пункт Mср Mmin(ло) Mmin(зим) MmaxЧая Подгорное 3,25 0,51 0,52 47,50Андарма Панычево 6,27 0,25 0,11 149,95Бакчар Горелый 2,79 0,43 0,26 49,02Бакчар Полынянка 2,44 0,01 0,01 61,21Икса Плотниково 3,14 0,04 0,03 105,86Васюган Майск 4,06 0,25 0,14 69,30Горчак Майск 5,44 0,29 0,16 210,68Парабель Новиково 4,12 1,05 0,68 40,31Кенга Центральный 3,78 0,98 0,74 45,06Чузик Осипово 4,03 0,89 0,61 36,50Ключ Полынянка 2,38 0,00 0,00 106,08Примечание. Mср - среднемноголетний модуль водного стока; Mmin(ло) - минимальный модуль водного стока в летне-осенний период;Mmin(зим) - минимальный модуль водного стока в зимний период; Mmax - максимальный модуль водного стока.Т а б л и ц а 4Статистически значимые коэффициенты корреляции между гидрологическими и морфометрическими характеристиками рекВасюганского болота и погрешности их определенияПоказатель Mср Mmin(ло) Mmin(зим) MmaxFв, км2 - 0,53 0,64 -0,48f(лм), км2 - 0,57 0,66 -0,48f(лб), км2 - 0,53 0,65 -0,48f(л*), км2 - 0,56 0,66 -0,49f(бб), км2 - - 0,56 -f(б*), км2 - 0,49 0,62 -0,47f(г), км2 - - - -f(лм)`, % - - - -f(лб)`, % - - - 0,52f(л*)`, % 0,75 0,76 0,72 -f(бб)`, % -0,72 -0,78 -0,73 -f(б*)`, % - - - 0,49f(г)`, % -0,63 - - -Примечание. Без учета р. Ключ.Значения модуля минимального стока закономерновозрастают с увеличением общей залесенности и заболо-ченности водосбора (рис. 2), а значения максимальногостока, напротив, уменьшаются (рис. 3), причем обратнаязависимость между модулем максимального стока и об-щей лесистостью или заболоченностью водосбора прояв-ляется до площади соответствующих экосистем до 5 000-6 000 км2. Это позволяет предположить, что именно этаграница соответствует делению таежных рек на малые(азональные) и средние (зональные) - примерно до5 000 км2 в формировании стока важную роль играютместные факторы, а свыше 5 000-6 000 км2 более заметнопроявляется общая географическая зональность, связан-ная с увеличением водного стока на рассматриваемойтерритории с юго-запада на северо-восток.В целом заболоченность и лесистость не являютсяфакторами, однозначно влияющими на величину вод-ного стока рек в таежной зоне Западной Сибири. На-пример, минимальный сток возрастает при увеличе-нии общей заболоченности водосбора, но уменьшает-ся при увеличении доли безлесных болот. В связи сэтим требуются дополнительные исследования пооценке водного стока с болот и разных типов болот-ных экосистем с последующей корректировкой рас-четных формул, используемых для оценки водногостока в регионе.Рис. 2. Зависимость между значениями минимального модуля водного стока в летне-осенний периоди суммарной относительной площадью лесовРис. 3. Зависимость между значениями максимального модуля водного стокаи площадями распространения лесов (I) и болот (II)Выводы:1. Апробирована авторская методика фитоинди-кации и дистанционных исследований [4, 5] в изуче-нии водного стока рек Сибири. Получены новыеданные об общей площади водосборов таежной зоныЗападной Сибири, их лесистости и заболоченности,позволяющие по-новому взглянуть на проблемы оп-ределения водного стока гидрологически неизучен-ных рек.2. Уточнены значения модулей максимального,минимального и среднего водных стоков рр. Чая, Ик-са, Андарма, Бакчар, Ключ, Васюган, Горчак, Пара-бель, Кенга, Чузик с учетом новых данных о площадиводосборов.3. Показано, что заболоченность и лесистость ока-зывают различное влияние на малые и средние реки,что позволяет уточнить границу между ними по вели-чине площади водосбора не менее 5000 км2.

Ключевые слова

водный сток, заболоченность и лесистость водосборов, Западная Сибирь, дистанционные методы исследования, water run-off, marshiness and forest land of river basins, Western Siberia, remote research

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Савичев Олег ГеннадьевичТомский государственный университетдоктор географических наук, доцент, профессор кафедры минералогии и геохимии геолого-географического факультетаOSavichev@mail.ru
Базанов Владимир АлександровичТомский государственный университеткандидат биологических наук, старший научный сотрудник Обособленного структурного подразделения «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета»ingeotech@mail.ru
Скугарев Андрей АнатольевичТомский государственный университетнаучный сотрудник Обособленного структурного подразделения «Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета» (ОСП «НИИ ББ ТомГУ»)Skugarev@inbox.ru
Всего: 3

Ссылки

Иванов К.Е. Водообмен в болотных ландшафтах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.
Болота Западной Сибири. Их строение и гидрологический режим / Под ред. К.Е. Иванова, С.М. Новикова. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 447 с.
Савичев О.Г., Скугарев А.А. Оценка опасности затопления приречных территорий рек Оби и Томи в пределах Томской области // Геоинформатика. 2008. № 2. С. 61-66.
Базанов В.А., Савичев О.Г., Скугарев А.А., Харанжевская Ю.А. Применение метода фитоиндикации в гидрологических исследованиях заболоченных территорий Западной Сибири (на примере р. Ключ, Томская область) // Вестник Томского государственного университета. Б
Bazanov V.А., Berezin A.E, Savichev O.G., Skugarev A.A. The phytoindication method for mapping peatlands in the taiga zone of the West-Siberian Plain // International Journal of Environmental Studies. August 2009. Vol. 66, № 4. Р. 473-484.
Савичев О.Г. Водные ресурсы Томской области. Томск.: Изд-во Том. политех. ун-та, 2010. 248 с.
Определение основных расчетных гидрологических характеристик. СП 33-101-2003. М.: Госстрой России, 2004. 72 с.
Основные гидрологические характеристики. Т. 15: Алтай, Западная Сибирь и Северный Казахстан, вып. 1: Верхняя и Средняя Обь. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 488 с.
 О влиянии заболоченности и лесистости водосборов на водный сток рек таёжной зоныЗападной Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 344.

О влиянии заболоченности и лесистости водосборов на водный сток рек таёжной зоныЗападной Сибири | Вестн. Том. гос. ун-та. 2011. № 344.

Полнотекстовая версия