Факторы формирования стока и водного режима

Рис. 3. Влияние на сток закарстованных горных пород (pda.privet.ru).

Так, в центральной  части Силурийского закарстованного  плато реки отсутствуют, так же как и в области Крымской Яйлы, весьма обильно орошаемой осадками. Реки, берущие начало в периферийной части Силурийского плато, отличаются повышенным стоком. Область максимального стока Яйлы располагается в зоне обильных выходов грунтовых вод на высоте расположения глинистых сланцев, подстилающих карстующиеся известняки. При несовпадении поверхностного и подземного водоразделов под влиянием различного характера водообмена влияние карста на речной сток может быть положительным (сток увеличивается) и отрицательным (сток уменьшается) по сравнению с зональным стоком (табл. 1).

Отчетливое влияние  карста проявляется на величине стока  и режиме рек с малыми площадями водосборов. Примеры влияния карста на речной сток многочисленны. Они приводятся как в российской (П. В. Молитвин, Л. А. Владимиров, В. А. Балков, О. Л. Маркова и др.), так и в зарубежной литературе.

Таблица 1

Влияние карста на сток рек (по Давыдову Л.К. и др., 1973)

 

Река	Площадь бассейна F км2	Закарсто-ванная часть в % от F	Средние годовые величины, мм			Разность между фактическим и зональным стоком, мм
			осадки	сток фактический	сток зо-нальный

 

Реки  Италии   (по М. И. Львовичу)

Летимбро Сансобия Нера Анио	33 41 4020 1115	15 100 85 76	1360 1376 1027 1215	744 950 714 845	700 700 450 530	+44 +250 +264 +315
Реки  бассейна  Сосьвы   (Урал) (по П. В. Молитвину)
Сарайная Кедровый руч. Студеный руч.	48,2 22,4 4,95	22 31 100	479 445 445	38 97 340	196 187 187	-158 -90 +153

 

Отклонение речного  стока от его зональной величины возможно также в случаях, когда речной бассейн занимает то или иное положение по отношению к области питания или разгрузки подземных вод артезианских бассейнов.

В области питания  артезианских вод характерны безвозвратные  потери речного стока на просачивание в глубокие артезианские водоносные горизонты. В области разгрузки артезианских вод реки получают дополнительное питание. На это явление обращает внимание Б. И. Куделин. Так, согласно его исследованию, потери речного стока на водосборах рек Днестровско-Донецкой впадины (бассейн верхней части Сейма и его притоков), расположенных в области питания артезианского бассейна, достигают в среднем за год от 1 до 2 л/(с×км²).

Аналогичное явление  прослеживается в области питания Азово-Кубанского артезианского бассейна.

С геологическими факторами  стока тесно связано воздействие  на величину стока глубины эрозионного вреза. По мере углубления эрозионного вреза увеличивается вероятность прорезания руслом водоносных горизонтов и увеличения питания рек подземными водами.

Глубина эрозионного  вреза обычно возрастает с увеличением  площади водосбора. В связи с этим при одинаковых климатических условиях величина годового стока за счет слабого питания подземными водами оказывается меньше на малых и временных реках, чем на средних реках, полностью для данных условий эрозионного вреза дренирующих подземные воды. Различия стока малых и средних рек в соответствии с зональным распределением глубин залегания грунтовых вод уменьшаются в районах с влажным климатом и увеличиваются в засушливых районах. При сравнении средних величин годового стока с размерами площади речного бассейна подразумевается именно эта закономерность: площадь в данном случае является показателем глубины эрозионного вреза, полноты дренажа подземных вод реками, а не генетическим фактором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Влияние растительности на сток.

Непосредственное влияние  растительности на сток сравнительно невелико. Оно заключается в увеличении шероховатости земной поверхности, вследствие чего замедляется стекание воды по поверхности земли и увеличивается возможность инфильтрации влаги в почву. В значительно большей мере проявляется влияние растительности, в особенности леса, на отдельные элементы водного баланса бассейнов: просачивание, испарение, отчасти осадки.

Теоретические исследования и экспериментальные наблюдения за элементами водного баланса на опытных водосборах, логах, облесенных и открытых, как в нашей стране, так и за рубежом позволили ученым сделать следующие выводы относительно различия в структуре водного баланса поля и леса (Давыдов Л.К. и др., 1973).

1. Осадков в лесу  может выпадать больше, чем на  открытой территории. Это различие связано с изменением циркуляции воздуха над лесом и улучшением благодаря этому условий конденсации атмосферной влаги. Высота снега в лесу увеличивается за счет переноса его с полей на опушки леса, особенно заметного в лесостепной и степной зонах.

2. Не все осадки  достигают поверхности почвы.  Часть их задерживается кроной деревьев (в хвойном лесу больше, в лиственном меньше) и испаряется.

3. Суммарное испарение  в лесу может быть и больше  и меньше, чем в поле. Это зависит  от хозяйственного освоения территории, типа леса, продуктивности лесных и полевых угодий. Так, в сосновых лесах расход влаги на испарение меньше, чем в еловых и березовых, а на высокопродуктивной пашне больше, чем в малопродуктивном лесу.

При оценке расхода воды лесом и полем нужно иметь  в виду зависимость расходной части водного баланса от приходной. Эта зависимость хорошо выражена в районах недостаточного увлажнения, где максимально возможное испарение превосходит осадки. В таких условиях расход воды лесом или полем зависит не столько от потребностей их в воде, сколько от наличия воды, а в лесу ее обычно больше, чем в поле.

4. В лесу, как правило,  водопроницаемость почвы выше, чем в поле. Этому способствует не только мощная корневая система деревьев и подлеска, но и лесная подстилка. Значительная роль принадлежит также рыхлым, частью оструктуренным, богатым гумусом верхним слоям почвы в лесах. Лесная подстилка обладает большой влагоемкостью и предохраняет почвенные поры от заиливания. Водопроницаемость лесных почв велика, но неодинакова. В естественных условиях просачивание воды в почву зависит от типа леса, возраста древостоя и степени изреживания. Дубовые, сосновые, ясеневые насаждения, обладая глубокой и разветвленной корневой системой, повышают водопроницаемость почвы по сравнению с почвой в еловых насаждениях.

5. Поверхностный сток  как снеговых, так и дождевых  вод в лесу крайне мал. Это  является следствием хорошей инфильтрационной способности лесных почв. Просачиванию воды в почву весной способствуют к тому же относительно меньшие интенсивность снеготаяния весной и глубина промерзания почвы зимой по сравнению с полем. Нередко дожди, вызывающие хорошо выраженные паводки в речных бассейнах, лишенных леса, в лесу не образуют паводочного стока. Практически отсутствует весенний поверхностный сток в сосновых лесах, произрастающих на песчаных почвах. Он наблюдается в хвойных на супесчаных почвах и несколько возрастает в смешанных и лиственных насаждениях на суглинистых подзолистых почвах. Примером влияния облесенности водосборов на снижение поверхностного стока могут служить наблюдения гидрометеорологической обсерватории в Каменной степи (табл. 2).

6. В лесу питание грунтовых вод более обильное, чем в поле. При дренировании подземных вод речной сетью это приводит к увеличению грунтового стока в реки и формированию устойчивой межени. В этом большое водоохранное и регулирующее значение леса.

Таблица 2

Основные элементы водного баланса различно облесенных балок

в период весеннего половодья. Каменная Степь, средние за 1950-1960 гг. (по Давыдову Л.К. и др., 1973)

 

Водосбор	Облесеность, %	Снегозапасы и осадки, мм	Поверхностный сток, мм	Коэффициент стока
Балка Слекцентровская Балка Безымянная Балка Малые Озерки	18,8 8,0 2,0	99 113 75	7,4 37 31	0,075 0,32 0,41

 

7. Рубки леса, выпас скота нарушают  лесную подстилку, ухудшают инфильтрационную способность почв и видоизменяют водный баланс. Степень этого влияния разная. После механизированных рубок с применением трелевочных тракторов водоохранное значение лесов даже после возобновления древостоев надолго ослабляется вследствие ухудшения водорегулирующей способности лесных почв.

Вопрос о влиянии леса на сток оставался в течение долгого времени дискуссионным. В настоящее время можно считать установленным, что влияние лесов на водность (модули стока) зависит от ряда причин и не может решаться одинаково при различных природных условиях и хозяйственной деятельности человека. Прежде всего следует иметь в виду, что распространение лесов и сток в естественных условиях находятся в тесной зависимости от климата. При одинаковых климатических условиях и одинаковой лесистости это влияние зависит от геоморфологических условий, с которыми тесно связаны процессы стекания воды по поверхности земли, положения зеркала грунтовых вод, физических и водных свойств почвы, состава и полноты насаждений, способов рубки лесов и характера и продуктивности поля, с которым сравнивается сток облесенных территорий.

Влага, просачивающаяся в почву  в лесных бассейнах, попадает в речную сеть почти исключительно подземным путем. На малых реках обычно вследствие незначительной глубины эрозионного вреза русел значительная часть воды уходит за пределы бассейнов и тем самым переходит в категорию безвозвратных для этих бассейнов потерь. При одинаковых размерах водосборов малых речных бассейнов, одинаковых климатических и гидрогеологических условиях величина безвозвратных потерь на инфильтрацию возрастает с увеличением лесистости, а следовательно, происходит и уменьшение стока. Так, например, по данным Валдайской гидрологической лаборатории (лесная зона), сток в безлесном бассейне Приусадебного лога (площадь водосбора 0,36 км²) в среднем годовом равен 255 мм, в бассейне же лога Таежного (0,45 км²) при лесистости 98% сток снижается до 192 мм. На Придеснянской станции при лесистости 90% сток составляет 50 мм, при лесистости 33% — 92 мм. По мере увеличения площадей водосборов вследствие увеличения глубины эрозионного вреза речных русел все большая часть просачивающихся вод возвращается в речную сеть данного бассейна в связи с усилением ее дренирующей роли. В соответствии с этим различия в стоке безлесных и лесистых бассейнов постепенно сглаживаются.

Как уже отмечалось выше, в крупных  речных бассейнах влияние неклиматических факторов, в том числе и леса, становится менее явным и выявить это влияние в «чистом» виде труднее вследствие совместного компенсирующего действия других факторов. Следует, кроме того, отметить, что по мере увеличения речных бассейнов различия в лесистости крупных речных бассейнов обусловливаются и климатическими причинами, т. е. теми же, что и различия в стоке.

 

 

 

4. Влияние рельефа на речной сток. Озерность и заболоченность бассейнов.

Непосредственное влияние  уклонов местности на речной сток сравнительно невелико, вследствие того что роль инфильтрационной способности почв перекрывает зависящее от этого фактора увеличение или уменьшение скорости стекания вод по земной поверхности. Большое влияние рельеф оказывает на отдельные элементы водного баланса речных бассейнов: осадки, инфильтрацию влаги в почво-грунты и испарение. Это влияние рельефа проявляется различно в зависимости от крупности его форм. Особенно значительно оно в горах, где с высотой местности увеличивается годовая сумма осадков, снижается температура воздуха, следствием чего является уменьшение испарения и соответственно увеличение стока. С высотой, как правило, увеличивается доля твердых осадков, что приводит к увеличению коэффициента стока, а следовательно, и величины стока, а также к существенному изменению водного режима, наиболее выраженному на высокогорных реках с ледниковым питанием.

Таким образом, вертикальная поясность климатических факторов стока вызывает вертикальную поясность величин стока. Это обстоятельство позволило ряду гидрологов в России и за рубежом установить эмпирические зависимости величин годового стока от средней высоты водосборов. Так как изменение количества осадков с высотой носит локальный характер (влияет ориентировка горных склонов, степень защищенности, экранизации района от влагоносных масс воздуха), а изменение стока обусловливается геологическими и почвенными условиями, резко меняющимися в горах, то и зависимости стока от высоты водосборов являются порайонными. Такие зависимости используются для пространственной интерполяции величин речного стока, что позволяет составлять карты стока и для сложных горных условий при ограниченности исходных данных.

В горах происходит перераспределение твердых осадков в речном бассейне. В горных котловинах, глубоких ущельях, у подножия горных склонов в результате схода снежных лавин и ветровой миграции скапливаются большие массы снега, талые воды которых служат источником питания горных рек в летний период.