К вопросу оценки водных ресурсов малоизученных рек Алтае-Саянской горной экосистемы.pdf ВВЕДЕНИЕРечные водные ресурсы являются одним из важ-нейших компонентов природных богатств планетыЗемля. Несмотря на то, что они регулярно возобнов-ляются, проблема их учета и рационального исполь-зования остается одной из важнейших задач, не толь-ко научного, но и практического значения. Но разра-ботка методов расчета, прогноза и рационального ис-пользования речного стока невозможна без всесторон-него изучения особенностей его формирования.В большинстве случаев методики расчета базиру-ются на непосредственных измерениях гидрологичес-ких характеристик крупных или средних рек. Сетьпунктов наблюдений в основном расположена на рав-нинных территориях и не охватывает высокогорье. Вто время как последние дают начало многим рекам.Поэтому предпринята попытка описания, статистичес-кой систематизации и обоснования метода расчетанормы стока неизученных территорий.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫК РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИВ пользу системного подхода свидетельствует об-щность природных процессов в географических лан-дшафтах. Одним из важнейших составляющих ланд-шафта является сток [7]. Сток своим действием пре-ображает окружающую среду и одновременно егоформирование зависит от совокупности факторов при-родных комплексов.Относительное единство формирования стока мож-но выразить так:1. В самых верхних зонах высокогорья отмечаетсяединство форм рельефа, глубокая врезанность долин,резкая расчлененность крутых склонов, большой пе-репад высот от 150 до 2500 м, чередование различ-ных по размерам отрицательных форм рельефа в видецирков, каров, воронок, которые служат местом акку-муляции снега. Срединные части склонов в основномзадернованы и прорезаны ложбинами, по которымпроисходит сход лавин и вынос обломочного матери-ала. Они же могут служить руслами временных водо-токов. Подножия склонов являются зоной накоплениярыхлого обломочного материала, мощность которогоможет быть более 100 м. Видимого поверхностногостока со склонов нет, ввиду большой инфильтрацион-ной способности осыпей. Сочетание форм рельефаусиливается экспозицией склонов. Северные склоныболее крутые, менее задернованы и там больше скаль-ных образований.2. Геологическое строение определяется разновоз-растными, сильно метаморфизированными дислоци-рованными кристаллическими породами. Здесь жехорошо представлены песчаники, кварциты, алеври-ты, а также эффузивно-осадочные породы [1].3. Смена почвенно-расгительного покрова проис-ходит вертикально. Высокогорный пояс отличаетсяналичием горно-тундровых и горно-луговых почв;горно-лесной - горно-лесных дерновых почв; вечноймерзлотой островного типа. Наиболее распростране-ны осиново-пихтовые, пихтово-кедровые, сухие ли-ственничные леса, которые сменяются на равнинныхпредгорьях и берегах Телецкого озера лесостепью.Относительно хорошо выражены высокотравные су-бальпийские и низкотравные альпийские луга. Горныемоховые тундры встречаются в зоне снеговой линии.4. Климат рассматриваемой территории характе-ризуется резко - континентальным типом. Среднемно-голетняя годовая сумма выпавших атмосферных осад-ков в Минусинской котловине составляет 300 мм, вто время как на склонах Абаканского, Саянского идругих хребтах - 2500 мм [9]. Режим увлажненностив основном определяется западным и юго-западнымпереносом влагонесущих воздушных потоков. Благо-даря большому перепаду высот местности процессснегонакопления и снеготаяния, а следствием этого исезонный снеговой сток, растягиваются на длитель-ное время.Температура воздуха летом в горных районах по-нижается с ростом высоты местности, а в зимний пе-риод её распределение имеет свои особенности. Наоткрытых склонах температура воздуха вследствиеинверсии выше, чем на равнинах и котловинах, гдеотмечается скопление и застой холодных масс возду-ха. Средние январские температуры на склонах гор-ных хребтов составляют -20°С, а в межгорных котло-винах до -30°С; июльские - не превышают в горах16°С, а в котловинах 20°С [8].Таким образом, сочетание физико-географическихи климатических условий создают предпосылки дляформирования водного режима рек горных, высоко-горных районов и в целом природных систем Север-ного и Южного полушарий Земли [4].2. МЕТОДИКА РАСЧЕТАВ работе использовались данные сети Роскомгид-ромета, материалы ПНИЛ гляцио-климатологии и ка-федры гидрологии Томского государственного универ-ситета. На рассматриваемой территории расположе-но 67 постов с продолжительностью наблюдений от 2до 100 лет. Площадь водосбора меняется от 10 до10000 км2, высотный диапазон - от 500 до 3000 м, ноосвещенность различных высотных зон крайне нерав-номерна. Если в низкогорье расположено 47 постов, взоне среднегорья- 15, то в высокогорной ледниковой- только 5.Для оптимальной оценки водных ресурсов, суще-ствующая сеть наблюдений крайне недостаточна. Темболее, что в последние годы сформировалась тенден-ция к закрытию гидрометеостанций и постов. Возник-ла необходимость приведения коротких рядов наблю-дений к единому расчетному периоду. Выбор рек-ана-логов для этого осуществлялся через анализ матрицыкоэффициентов парной корреляции среднегодовогостока. На основе метода "кластер-анализа" выявленытри группы рек. В первую вошли неледниковые рекис величиной парной корреляции (г > 0,7) со стокомр. Бия - г. Бийск. Во вторую - преимущественно не-ледниковые реки с высокими коэффициентами (г > 0,7)внутри группы. В третью группу включены реки, стоккоторых не синхронен как со стоком рек первой, так ивторой групп (г»0).Анализ групп показал, что для более 75% створовв качестве аналога может быть взят ряд наблюдений уг. Бийска. С помощью разностной интегральной кри-вой расчетный интервал определился с 1945 по1987 гг., который включает три полные фазы воднос-ти (рис. 1). Оценка расчетных норм годового стокаосуществлялась по методикам СНиПа 2.01.14-83.Установить непосредственные связи стока с метео-рологическими факторами не представляется возмож-ным. Поэтому взят способ зависимости стока от сред-ней высоты водосбора [2, б]. Проявление высотнойзакономерности усиливается влиянием ориентациигорных хребтов к направлению движения влатонесу-щих воздушных потоков. Поэтому зависимость типамодулей нормы речного стока от средней высоты во-досбора М0= fCH^j наиболее четко выражено для ог-раниченных по площади орогидро-графических рай-онов. В пределах этих районов степень влияния вы-шеперечисленных факторов остается неизменной илиизменяется незначительно [3]. При использованиирегиональных зависимостей для оценки стока неизу-ченных рек, нужно обратить внимание на правильноепроведение границ орогидрографических районов.В пределах исследуемой территории выделены трилокальные зависимости (рис. 2). Первые две зависимо-сти аппроксимируются кривыми выпуклостью к осиординат. Скэда относятся средние и малые реки, водо-сборы которых находятся на периферии горной стра-ны, обращенной навстречу влашнесущим воздушнымпотокам. Образование выпуклой кривой объясняетсятем, что насыщенные влагой потоки воздуха, при под-ходе к горному массиву начинают интенсивно отдаватьвлагу. Таким образом, в периферийной низкогорной зонеформируются относительно высокие положительныевеличины градиентов стока по высоте.Третья зависимость отражает увлажненность иусловия формирования стока территорий, находящих-ся в "ветровой тени" по отношению к влагопереносу.Аппроксимация связи прямой объясняется тем, что внизкогорном высотном поясе отмечается значитель-ное уменьшение выпавших атмосферных осадков посравнению с предыдущими двумя.Рис.1. Разностные интегральные кривые годового стокаВысота (м)Рис. 2. Зависимость нормы стока от средней высоты водосбора для разных орогидрографических районовРис. 3. Схематическая карта орогидротрафических районовТ а б л и ц а 1Уравнения регрессии дои орогвдрографических районов и ошибка нахождения нормы стока в створах неизученных рекРайон Вид уравнениярегрессииКоличество точекTVСгавдаршая ошибка расчетамодуля стокаиа «зависимом»материалена «независимом»материалеSO Е ( % ) Sh Е(%) SH95 %I МО= 15.41п(Н) + 25,1 25 0,98 1,75 9,5 1,81 10,4 3,98П М0= 12.8 Ln(ff)+16,3 16 0,97 0,82 6,5 0,90 7,6 2,03ш Мо= 11.1 Н - 2,63 26 0,98 1,55 16,1 1,59 17,4 3,39Контроль правильности выбора вида функции рег-рессии осуществлялся по методу, основанному на ана-лизе регрессионных остатков. В качестве статисти-ческого критерия использован параметр Дарбина-Уот-сона [5].Оценка полученных уравнений регрессии проводи-лась на зависимом и независимом материале (табл. 1).На основе полученных высотных зависимостей, сучетом синхронности колебаний водности рек (рис. 1)и орографиивыделены три орогидрографических рай-она (рис. 3).Первый район включает левобережные притокиЧарыша от устья Кумира (включая сам Кумир) до устьяреки Белой и верховья реки Коксы. Правобережныепритоки Катуни ог устья Иши и НИЖЕ; бассейн реки Бии,кроме Сарыкжши, Уйменя, Пыжи, Йогача; реки, впа-дающие в Телецюе озеро по правому берегу. В запад-ной оконечности Катунского хребта расположены бас-сейны рек, впадающие в Казунь и берущие свое началос ледников. Реки Горной Шории, такие как Мрас-Су,Кондома и другие более мелкие левобережные притокиреки Томи также входят в первый район.Распределение стока низкогорной зоны районахарактеризуется колебаниями от 6,54 до 26,5 л/(с км2).Величина среднего градиента модуля стока составля-ет 2,3 л/(с км2) на 100 м поднятия. В пределах средне-горной зоны сток возрастает до 36,5 л/(с-кмг), присреднем градиенте в 0,9 л/(с-км2). Высокогорье отли-чается увеличенным стоком - до 41,4 л/(с-км2) приградиенте 0,6 л/(с-км2).Второй район охватывает бассейн реки Локтёвки,правобережные притоки реки Чарыш от БольшогоБащелака до Маралихи; бассейны рек Пыжа, Сары-кокша, Уймень, Иогач; реки, впадающие в Телецкоеозеро с левого берега (Колдор, Большие Чили и др.);правобережные притоки Катуни от Едигана до Май-мы; верховья рек Каменка и Белокуриха. Перечислен-ные реки относятся к северо-западу и северо-востокубассейна Верхней Оби. По условиям формированиястока сюда могут бьггь включены реки Абаканскогохребта - Большой Абакан, Малый Абакан, левые при-токи Абакана до впадения Таштыпа и верховья рекиТоми до пгт. Балыюса.Водность рек второго района почти вдвое умень-шается по сравнению с первым и изменяется от 0,9 до17,5 л/(с-км2) в низко гор ье, возрастая до 24,5 л/(скм2)в среднегорье, при градиентах соответственно 1,9 и0,8 л/(скм2).Третий орогидрографический район объединяетбассейны рек Каменки (кроме верховий), Песчаной,Ануя, правобережные притоки Чарыша за пределамиУсть-Канской котловины; центрально-алтайские бас-сейны левых притоков Катуни от истока до места впа-дения Аргута, правые притоки (реки Кучерла, Аккем,Аргут, Шавла, Юнгур, Карагем, Коксу, Коир) и рекисеверного склона Северо-Чуйского хребта; притокиАбакана с северных склонов хребта Западный Саян иего левые притоки от Теи до Аскиза.Интенсивность увеличения стока с высотой длятретьего района неизменна и составляет 1,1 л/(с км2)на 100 м. При этом модуль стока в низкогорье меняет-ся от 0,7 до 9,6 л/(скм2), достигая в высокогорье ве-личины в 31,7 л/(скм2).Таким образом, для расчета нормы стока неизучен-ных территорий рекомендуется:1. Карта-схема орогидрографических районов(рис. 3).2. Зависимости М0 = f(Hcp) (рис. 2) для каждогорайона аппроксимируемые уравнениями регрессии(табл. 1).

Скачать электронную версию публикации