Комплексный показатель воздействия весенних половодий на биологические ресурсы речных пойм (на примере поймы Средней Оби.pdf При анализе водного режима и биологических ком-понентов природного комплекса речных пойм обыч-но используется одна, две характеристики весеннегополоводья. Чаще всего это или максимальный уровень[2,3,5] или общая продолжительность затопления [4,7] В работе [6] предлагается использовать индекс по-ловодья, учитывающий процент залива емкости дель-ты реки и длительность заливания, либо объем поло-водья. Во всех случаях высотная дифференциацияпоймы, как правило, не учитывается, кроме того, гид-рограф половодья за один и тот же год на разных уча-стках поймы может иметь различный максимальныйуровень, что наблюдается, например, на р. Оби, гдена южном участке гидрограф имеет остропиковуюформу, а на северном - выположенную. При исполь-зовании максимального уровня в качестве главной ха-рактеристики половодья часто забывается, что макси-мальный уровень наблюдается 1-2 дня, в то время, какпойма может затапливаться на более длительные сроки(нар. Оби до 60 дней). Аналогичное использование од-ного показателя - продолжительности затопления, так-же приводит к ошибкам, поэтому, что различные поформе гидрографы могут приравниваться друг к другуиз-за равной продолжительности затопления.Значительно меняется на различных участках ректакая характеристика половодья, как площадь затоп-ления, которая определяется не только формой гид-рографа, но и рельефом поймы. Поскольку площадьнизкой поймы на южном участке р. Оби мала, а к се-веру возрастает, то одинаковые по форме половодьямогут оказывать различное влияние. Колебание дру-гой характеристики гидрографа половодья, - датывыхода воды на пойму - также велики и могут дохо-дить до 22 дней. Использование показателей стока дляхарактеристики весеннего половодья затрудняет опи-сание взаимодействия половодья с биологическимикомпонентами по поперечному профилю поймы.В связи с этим при анализе динамики биологичес-ких компонентов природного комплекса поймы и ве-сенних половодий остро встает вопрос о комплекс-ном показателе, который характеризовал бы всю со-вокупность воздействия ежегодных изменений поло-водья. Ближе всего подошел к формированию такогопоказателя А. А. Максимов [4], атакжеБ.Н. Фомин [7],который в своей работе сформулировал индекс влия-ния половодья на основе ежегодного анализа продол-жительности затопления поймы. Положительным мо-ментом предложенного индекса влияния половодьяявляется то, что использована ландшафтная диффе-ренциация, учитывающая продолжительность затоп-ления низин поймы, низин и сенокосных грив и всейпоймы, исключая, при этом постоянно незаливаемые,высокие гривы и останцы.Однако, как следует из указанного выше, он нелишен недостатков, присущих показателю, базирую-щемуся на одной характеристике половодья. Поэтомунами предлагается комплексный показатель - индексвоздействия половодья (ИБП), который более полноописывает совокупность влияния весеннего полово-дья на биологические компоненты природного комп-лекса поймы с учетом ландшафтной структуры. В по-казатель предлагается ввести 6 составляющих. Пер-вые 4 параметра: индекс даты начала затопления пой-мы, индекс продолжительности затопления, индексвысоты затопления, индекс площади затопления -описывают гидрограф половодья, два других - индекстемпературы воды и индекс загрязнения - являютсякачественными характеристиками. Для учета высот-ной структуры поймы принято допущение что, интен-сивность воздействия увеличивается пропорциональ-но высоте положения выделенных участков. Это обус-ловлено более резкими и менее сильными воздействи-ями на них половодий. Поэтому природные компонен-ты этих участков обладают меньшими адаптационны-ми возможностями. Таким образом, принято, что научастке поймы, соответствующем более высокомууровню затопления, произойдет одинаковое по силенеблагоприятное или, наоборот, благоприятное изме-нение в сроки и при характеристиках половодья мень-ших, чем на участке, соответствующем более низко-му уровню затопления, тот же эффект будет реализо-вываться еще быстрее.Для выделения на уровни затопления удобно ис-пользовать характерные уровни, принятые в проект-ной практике - 95,75,50, 25 % обеспеченности. Пер-вые уровни 95% обеспеченности соответствуют оченьнизким местам поймы - сорам, устьям озер, которыезатапливаются каждый год. Вторые уровни 75% обес-печенности - низким лугам. Уровни 50% обеспечен-ности соответствуют высоким лугам, а при уровне 25%можно считать, затапливается вся пойма, за исключе-нием крайне редко, не заливаемых высоких грив. Дляопределения воздействия разных уровней затопленияможно использовать соотношение весов показателейна различных уровнях, как это принято в работе [7].Пусть характеристика половодья (максимальнаявысота затопления поймы, продолжительность затоп-ления или любая другая) имеет значения Х95%=30,Х75%=6, Х50%=3, Х25%=0. Если характеристике полово-дья на уровне придать значение, равное 1, то дляэтого уровня оно будет равняться 30. Для уровня 75%обеспеченности, исходя из принципа адаптивности (тоесть чем дольше действует фактор, тем лучше к немуадаптирован ресурс), одна единица будет равнять-ся по силе воздействия 30 : 6 = 5 ед. Х95%, а Х50% = 30:3= 10 ед. Х95%. Тогда в качестве оценки интенсивностиразлива за каждый год можно взять сумму по тремуровням:Y = X95% + 5X75%+10X50%,или в общем, видеY = X95S + а X75V. + ®Х50% + С Х 25% 'где а, в, с - весовые коэффициенты каждого уровнязатопления.Для того, чтобы соотнести индекс характеристикполоводья между собой в относительных единицах,можно разделить их на среднемноголетние значениядля всего ряда наблюдений. Тогда уравнение отдель-ной характеристики половодья примет вид:_ - X 95 % + а х 75 % +- b х 50% + с х 25% >Xа общее уравнение индекса воздействия половодьябудет выглядеть:I = (id + I h + I P + I p L + h + I z ).Частные уравнения имеют вид:Iт d _ d95% + a d ^75% + bd d5Q0/o + c d d 25%Tp == P 95 % + a p P 75 % +p bp p 50% + с p p 25%тl h __ h 9 5% + a h h 7_5 % + b_h h50% + ° h h25% ,Tl L =- p L 95% + apL pL 75% + bp-L PL 50% + CpL P L 25%h - j .h - lЗдесь Jd, Jp, JK, JPL, JT, Jz - соответственно индексыдаты начала затопления поймы, продолжительностизатопления, высоты затопления, площади затопленияизучаемого района, температуры и загрязнения воды;d, Р, h, PL, Т, Z - соответственно ежегодные абсо-лютные значения даты начала затопления поймы, про-должительности затопления, высоты затопления, пло-щади затопления изучаемого района, температуры изагрязнения воды;d, Р, pL, Т: Z - соответственно среднемноголет-ние значения этих показателей.Цифры 95,75, 50, 25% характеризуют обеспечен-ность высотных горизонтов поймы, то есть показыва-ют в процентах число лет, в течение которых задан-ные горизонты, могут быть превышены половодьем.Расчет характеристик половодья имеет свои осо-бенности. Для того, чтобы определить действие датыначала затопления поймы, необходимо сравнить ее ссамой поздней датой начала затопления поймы в мно-голетнем ряду наблюдений. Это сравнение имеет эко-логический смысл, потому, что действие половодийпримерно с одинаковыми общими характеристиками,но с поздними датами выхода воды на пойму болеесглажено, так как оно позволяет провести помет, ок-репнуть молоди ондатры, водяной полевки, прогреть-ся участкам пойменных лугов, воздуху, который на-гревает воды и мелководья на пойме, что создает ус-ловия для благоприятного нереста итак далее. Откло-нение от среднемноголетней даты половодья как всторону раннего, так и позднего выхода воды в пой-му, приводит к перестройке биологических компонен-тов природного комплекса поймы. Количественнопоказатель даты выхода воды на пойму определяетсякак разница между ежегодной и самой поздней датойначала затопления поймы в многолетнем ряду наблю-дений, принятой за точку отсчета.Высоты затопления участков поймы назначеннойобеспеченности рассчитываются как разница междумаксимальным уровнем затопления за изучаемый годи уровнем затопления территории данной обеспечен-ности.Продолжительность затопления соответственнодля каждого уровня назначенной обеспеченности рас-считывается как разница между датой начала выходаводы на данный уровень поймы и датой схода воды снего. В связи с тем, что показатель даты начала выхо-да воды на пойму вместе с продолжительностью по-ловодья позволяет определить дату схода воды с пой-мы, этот показатель для общей характеристики гид-рографа половодья не используется.Учитывая то, что с увеличением высоты затопле-ния поймы увеличивается и площадь затопления, об-щая площадь затопления назначенного уровня обес-печенности рассчитывается как сумма всех площадейхарактерной обеспеченности, расположенных ниже(с большим процентом обеспеченности, включая иплощадь, соответствующую выходу воды на пойму).Схема для расчета отдельных характеристик ин-декса воздействия половодья представлены на рис. 1.На рис. 1 ,а представлен типовой гидрограф весен-него половодья, на котором показан способ определе-ния характерных высот затопления поймы: высотыРис. 1. Схема для расчета отдельных характеристик индекса воз-действия половодья: а) характерных высот, дат начала затопленияи продолжительности затопления поймы; б) отдельных площадей,соответствующих уровням характерной обеспеченности; в) об-щих площадей затопления, соответствующих уровням характер-ной обеспеченностивыхода воды на пойму (hB), высот затопления поймыпринятой обеспеченности (h9J, h75, h50, h25). С гидро-графа половодья кроме того снимаются такие харак-теристики как дата выхода воды на пойму (dB), датыначала затопления уровней поймы принятой обеспе-ченности (d95, d75, d50, d25), а также продолжительнос-ти затопления поймы принятой обеспеченности(Рв, Р95, Р75, Р50, Р25). На рис. 1,6 представлены отдель-ные площади, соответствующие уровням характернойобеспеченности (PLB, PL95, PL75, PL50, PL25).На рис. l,e представлены общие площади затопления,соответствующие уровням характерной обеспеченно-сти (SB, Sb95, Sb75, Sb50, Sb25).Для расчетов индекса температуры воды при вы-ходе на пойму предлагается не проводить дифферен-циации по различной высотности поймы, так как за-топление проходит в 1-3 дня примерно с одной тем-пературой, соответствующей температурой воды врусле. Прогрев воды идет позже - в момент ее сто-яния на пойме и определяется в основном температу-рой воздуха. Для характеристики температуры водыво время заливания поймы предлагается брать темпе-ратуру за период первой декады выхода воды на пой-му. Именно в эти сроки можно подсечь переход тем-пературы воды через границу начала нереста.При расчетах качества вод весеннего половодьяможно также не проводить дифференциации воздей-ствия половодья на различные высотные участки пой-мы, так как качество воды существенно не меняетсяпри их затоплении. Кроме того, использование дан-ных по состоянию вод для одного сезона - весеннеголетнего половодья при многолетнем анализе не все-гда оправданно, так как на жизненный цикл, напри-мер, рыб, большое внимание оказывает качество водв летне-осеннюю, а еще больше в зимнюю межень.Если во время половодья за счет процессов разбавле-ния, аэрации при выходе воды на пойму и т.д., их со-стояние значительно улучшается, то именно в эти се-зоны ухудшение качества вод может привести к дажезаморным явлениям. Поэтому в случае, когда исполь-зуются данные годовых уловов и лимитирующим покачеству вод является не сезон половодья, а другие се-зоны внутри года, в расчетах надежнее использоватьсреднегодовые концентрации веществ загрязнителей.Сезонный и многолетний анализ качества вод Сред-ней Оби показал, что основные загрязнители, которыепревышают предельно-допустимые концентрации - этофенолы и нефтепродукты. Их присутствие обусловле-но выбросами промышленных объектов, находящихсяв бассейне р. Оби, и расположенных выше среднегоучастка реки - в Кемеровской и Новосибирской облас-тях. Если исходить из того, что промышленность рабо-тает как бы в установленном режиме, который наруша-ется только вводом новых промышленных объектов, илиновых очистных сооружений, то получается, что коли-чество выбросов загрязнений в основном постоянно илиизменяется скачкообразно, а концентрация загрязненияв воде зависит от водности реки.Ежегодная динамика показателей загрязнения поотношению к среднемноголетним значениям меньше,чем у гидрологических. Поэтому при конструирова-нии индекса воздействия половодья на исследуемыхучастках Средней Оби индекс воздействия можно опу-стить. Это обуславливается, прежде всего, масштабомпроводимого исследования. В случае когда, рассмат-риваются вопросы изменения природных комплексовпоймы на достаточно высоком уровне - участков пой-мы в пределах административных районов, а не науровне отдельных урочищ или других дробных еди-ниц, на которых под влиянием сельскохозяйственнойдеятельности, добычи нефти, залповых выбросов мел-ких промышленных предприятий могут возникатьлокальные очаги загрязнения. На этих участках мо-гут проходить местные перестройки с изменениемпоказателей устойчивости. Однако общее загрязнениена уровне районов заметных изменений не вызывает.При формулировании индекса был использованфакторный анализ. В результате расчетов выделено2 фактора, составляющие действие половодья: первыйвключил в себя 4 параметра, описывающих гидрографполоводья (дату начала выхода воды на пойму, макси-мальную высоту затопления, продолжительность за-топления, площадь затопления) и второй фактор, ко-торый включил в себя температуру воды и ее каче-ство. Причем, доля второго фактора незначительна.Это подтверждается величиной общей дисперсии каж-дого параметра половодья к величине общей диспер-Т а б л и ц а 1Накопленное отношение параметров половодья р. Оби к общей дисперсииИзменчивость параметровполоводьяСевер Центр ЮгНакопленноеотношениек общейдисперсииЧастоеотноше-н и е ^Накопленноеотношениек общейдисперсииЧастоеотноше-ние, %Накопленноеотношениек общейдиоперсииЧастноеотноше-ние, %Начало затопления поймы 0,528 53 0,442 44 0,424 42Продолжительность затопленияпоймы0,729 19 0,686 25 0,670 25Высота затопления поймы 0,920 20 0,871 19 0,865 19Площадь затопления поймы 0,990 7 0,994 12 0,982 12Температура затопления поймы 1,000 1 1,000 0 1,000 2сии характеристик половодья, представленной втабл. 1. Так величина вклада качественной характе-ристики- температуры воды во время затопления пой-мы, незначительна и составляет 1-2%. Вклад же дру-гих характеристик составляет 21-24% и сопоставиммежду собой. В связи с этим для расчетов индексавлияния половодья были использованы 4 основныехарактеристики половодья - дата начала выхода водына пойму, максимальная высота затопления, площадьзатопления поймы, продолжительность затопления.Индексы воздействия половодья для СреднейОби рассчитаны по трем створам, являющихся ба-зовыми для выделения участков: водпоступос. Кругликово - на южном участке, водпостуг. Колпашево - центральном, водпосту пос. Алек-сандровское - на северном. В табл. 2 представле-ны уравнения характеристик половодья, которыебыли составлены для учета высотной дифференци-ации поймы, что в свою очередь позволило учестьразличную адаптивность биологических компонен-Т а б л и ц а 2Уравнения для расчета основных характеристик индекса воздействия половодья в пойме Средней ОбиНазваниеиндекса Северный район Средний район Южный районИндекс высотызатопленияJh =Ьз+l,7h73+3,2Ьо Jk = h95+2,2h73+4,3hjo Jh = h95+2,lli75-4,7h;oИндекс площади J.= PLs>5+2,3PL75+6,6PLso J, = EU5+2,2PL75+7,5PL5« J. = P W l,8PL73+3,2PL5oИндекс продолжи-тельностиJP = P93+L,4P75+2,7Pso JP = PS>J+1,8P7j+3,OP5O Jp = Pm+3,5P7!+9,8PsoИндекс датыЗатопленияJd= d95+l,5d75+3,5dso Jd=d95+l,3d7s+l,9djo Jd= d9S+l,6d7J+2,3d50ГодИндекс воздействия половодьяГодИндекс воздействия половодьяЮжный район,пос. КругликовоЦентральныйрайон,г.КолпашевоСеверныйрайон,пос. Александ-ровеЮжный район,пос. Кругли-ковоЦентральныйрайон,г.КолпашевоСеверныйрайон,пос. Александ-рове1945 0,73 0,17 0,09 1966 2,32 2,04 2,431946 2,19 1,28 1,20 1967 0,12 0,12 0,001947 2,46 2,48 2,03 1968 0,16 0,00 0,001948 1,91 1,60 2,23 1969 2,40 1,96 2,321949 1,26 1,59 1,84 1970 0,69 1,20 1,441950 2,05 1,69 1,65 1971 1,90 0,86 1,581951 1,11 0,63 0,76 1972 0,42 0,28 0,611952 0,65 0,58 0,32 1973 0,54 1,64 2,041953 1,31 0,77 0,65 1974 0,18 0,45 0,511954 0,73 0,21 0,00 1975 0,22 1,02 1,561955 1,40 1,24 0,23 1976 0,06 0,08 0,251956 1,36 0,42 0,12 1977 1,36 0,80 0,251957 1,62 1,27 0,66 1978 0,45 0,81 0,571958 2,64 1,70 1,34 1979 0,38 1,38 2,301959 0,42 1,10 1,41 1980 0,10 0,43 0,141960 0,38 1,41 1,89 1981 0,00 0,00 0,001961 1,14 1,64 1,57 1982 0,00 0,00 0,001962 0,S2 1,28 0,61 1983 0,03 0,10 0,501963 0,10 0,07 0,04 1984 0,16 0,39 0,551964 0,41 1,12 1,06 1985 0,48 1,40 0,961965 0,18 0,33 0,24 1986 0,20 0,50 0,56тов экосистемы. Анализ уравнений показывает, чтозначимость затопления средних участков поймы науровне 75% обеспеченности в 1,5-2,0 раза, а высокихучастков 50% обеспеченности - в 3,6, а иногда ив 9 раз выше, чем низких мест 95% обеспеченностизатопления.Для расчетов использованы данные из материа-лов Государственного комитета СССР по гидроме-теорологии и контроля природной среды «Ежеднев-ные уровни», Ежегодные данные о качестве повер-хностных вод суши», Гидрохимические бюллетени»Таким образом, выполнив ряд расчетов, можно по-лучить сложный системный показатель, описывающийвоздействие весенних половодий на биологические ре-сурсы. Следует отметить определенную громоздкостьрасчетов, однако, как уже указывалось выше, использо-вание одной из характеристик половодья не отражаетсходства в действии половодий, сходных го одному, двумпараметрам, но отличных по другим. Для поймы Сред-ней Оби при расчетах устойчивости на уровне районаможно использовать индекс воздействия половодья,рассчитанный без качественных характеристик (табл.3).

Скачать электронную версию публикации