WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Ясинский Сергей Владимирович

ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

ВОДОСБОРОВ МАЛЫХ РАВНИННЫХ РЕК

Специальность: 25.00.27 – гидрология суши,  водные ресурсы,  гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Москва 2009 г.

Работа выполнена в лаборатории гидрологии Учреждения Российской Академии наук Института географии РАН

Официальные оппоненты:        профессор, доктор географических наук

                               Кренке Александр Николаевич

профессор, доктор географических наук

Евстигнеев Валерий Михайлович

                                 

                               профессор, доктор физико–математических наук

Кондратьев Сергей Алексеевич

Ведущая организация:        Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский научно – исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (ФГУП РосНИИВХ)», г. Екатеринбург.

Защита состоится « 11 » декабря 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 002.046.04 в  Учреждении РАН Институте географии РАН по адресу: 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 29.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный подписью и гербовой печатью просим направлять Ученому секретарю Диссертационного совета по адресу: 119017, г. Москва, Старомонетный пер.,29, Институт географии РАН. Факс 8 ( 495) 959 - 00 - 33, e-mail: direct@igras.geonet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии РАН. Текст объявления и автореферат размещены на сайте ВАК.

Автореферат разослан 02 ноября  2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кандидат географических наук                         И.С.Зайцева 

Введение

Актуальность темы

Улучшение гидроэкологического состояния малых равнинных рек - одна из ключевых проблем гидрологии, водного хозяйства и других отраслей, связанных с использованием водных ресурсов. На берегах этих рек проживает большая часть населения России, а водохозяйственная и экологическая ситуация на большинстве из них неудовлетворительна.

Неблагоприятные ситуации проявляются, прежде всего, в их загрязнении отходами от различных видов хозяйственной деятельности, особенно хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами. В последние десятилетия все большую угрозу для малых равнинных рек представляют вынос со склонов удобрений и ядохимикатов, продуктов эрозии с территории сельскохозяйственных угодий, загрязненный сток с урбанизированных площадей, а также неочищенные сточные воды, поступающие от сельских населенных пунктов и особенно животноводческих ферм. Массовое загрязнение рек послужило основной причиной потери ими рыбопродуктивности.

Усиленная эрозия почвы на водосборах этих рек, особенно в лесостепной и степной зонах, привела к сокращению длины их речной сети, заилению родников, способствовала подъему уровня грунтовых вод, миграции значительного количества питательных веществ из почвы и явилась одной из причин антропогенной эвтрофикации водных объектов.

В то же время, малые равнинные реки являются начальным звеном формирования водных ресурсов страны, и от их состояния во многом зависит количественное и качественное состояние средних и крупных рек и водоемов. Поэтому неблагополучие, наблюдаемое в настоящее время на крупных реках и водоемах Российской Федерации, является в значительной мере следствием положения на малых равнинных реках. Эти реки являются не только источником питания средних и крупных рек. Они сами и их водосборы интенсивно используются в хозяйственной деятельности человека для производства различных видов продукции, энергии, а также для удовлетворения рекреационных и эстетических потребностей населения.

На водосборе реки формируется основная часть ресурсов речного стока. Однако гидрологический режим водосборов, как правило, находятся  вне внимания водного хозяйства, и в значительной мере традиционной гидрологии поскольку использование воды имеет неявный, рассредоточенный по территории характер в интересах преимущественно сельского и лесного хозяйства, непосредственно не регистрируется гидрометрической сетью, что во многом определяет и недостаточную его изученность.

Под гидрологическим режимом водосборов малых равнинных рек  понимается закономерные изменения структуры их водного баланса и обусловливающих ее гидротермических, гидрологических и геохимических процессов во времени и пространстве под влиянием колебаний климата и антропогенных воздействий.

Изучению различных аспектов формирования водных ресурсов и качества воды малых равнинных рек посвящено много исследований, в значительной степени обобщенных в ряде монографий [Малые реки. Вопросы географии. Сб.118, М.: 1981; Малые реки России, М.: 1994; Малые реки Волжского бассейна. М.: 1998; Вода России. Малые реки. Екатеринбург, 2001] и во многих статьях. В них рассмотрен ряд общих и региональных закономерностей формирования и методов расчета жидкого, твердого и химического стока, характеристик их хозяйственного использования, намечены пути оздоровления малых рек страны.

Однако до настоящего времени многие актуальные задачи формирования гидрологического режима на водосборах малых равнинных рек либо не нашли своего достаточно полного решения, либо вообще не рассматривались, особенно применительно к современным, достаточно специфическим условиям климата и хозяйственной деятельности на территории значительной части РФ. Прежде всего, не полностью раскрыта роль водосборов и поверхностного склонового стока, формирующегося на них, в гидроэкологическом состоянии малых равнинных рек. Недостаточно изучено влияние происходящих и особенно ожидаемых изменений климата на гидрологический режим водосборов и местный речной сток. Не в полной мере разработаны методы комплексной оценки антропогенной нагрузки на водосборы и влияния диффузного (рассеянного) загрязнения на качество водных ресурсов этих рек. Не развиты должным образом расчетные методы оценки гидрологической эффективности мероприятий по улучшению структуры водного баланса малых водосборов, направленных, прежде всего, на снижение поверхностного склонового стока, как фактора эрозии почвы и источника пополнения ресурсов почвенной влаги в засушливых регионах.

       Целью данной работы является выявление пространственных и временных закономерностей  формирования гидрологического режима водосборов малых равнинных рек под влиянием региональных колебаний климата и хозяйственной деятельности, в том числе мероприятий по улучшению структуры их водного баланса.

Достижение этой цели потребовало решения следующих научных задач:

  1. Анализа современного гидроэкологического состояния малых равнинных рек.
  2. Выявления роли водосбора и поверхностного склонового стока в формировании гидроэкологического состояния этих рек.
  3. Разработки геосистемной концепции улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек.
  4. Оценки реакции гидрологического режима водосборов и речного стока малых равнинных рек на многолетние колебания регионального климата.
  5. Разработки методики геоэкологического анализа антропогенной нагрузки на водосборы малых равнинных рек.
  6. Разработки ландшафтно–гидрологического метода оценки средних многолетних характеристик диффузного загрязнения и его вклада в формирование качества водных ресурсов малых равнинных рек.
  7. Разработки динамико–стохастической модели формирования поверхностного весеннего склонового стока.
  8. Проведения сравнительного анализа гидрологической эффективности применения современных агротехнологий по улучшению структуры водного баланса водосборов малых равнинных рек на основе динамико– стохастического моделирования.

Методологическая основа и методы исследования

Методологической основой работы является бассейновый подход. Согласно этому подходу водосбор и сама малая река рассматриваются как единая целостная автономная геосистема, все компоненты которой связаны между собой вертикальными и горизонтальными потоками вещества и энергии. При этом водосбор и малая равнинная река представляют собой каскадную ландшафтно-геохимическую систему, состоящую из водосборов притоков n-порядка, объединенных между собой поверхностным, почвенным и грунтовым стоком [М.А. Глазовская, 1981; Л.М.Корытный, 2001;  В.Н.Голосов, 2003].

При проведении исследований использовался комплекс гидролого-географических методов анализа процессов взаимодействия в системе «водосбор - малая река», испытывающих интенсивное воздействие антропогенных факторов, накладывающихся на меняющиеся в последние десятилетия климатические условия.

Он включал в себя:

- многолетние экспериментальные гидрологические исследования на воднобалансовых объектах Курской биосферной станции ИГРАН в лесостепной зоне, обобщение полученных данных в динамико-стохастической модели формирования поверхностного весеннего склонового стока и ее использование для оценки гидрологической эффективности современных, в том числе нетрадиционных  агротехнологий.

- статистический анализ данных о многолетней изменчивости характеристик климата, гидрологического режима  водосборов и стока малых рек по данным опорных воднобалансовых и гидрометрических станций для разных (южной части лесной, лесостепной и степной) природных зон Русской равнины.

- полевые экспедиционные обследования малых водосборов бассейна р. Истры, расположенного в южной части лесной зоны Русской равнины и обобщение полученных данных путем разработки методики геоэкологического анализа антропогенных нагрузок на водосборы и  ландшафтно-гидрологического метода оценки характеристик диффузного загрязнения малых рек;

Достоверность полученных результатов расчетов подтверждена хорошим совпадением экспериментальных и расчетных данных с использованием принятых в гидрометеорологии критериев, а также при сравнении результатов расчетов, полученных разными методами.

Объектом исследования являются малые равнинные реки, природные и природно-антропогенные геосистемы их водосборов, расположенные в основных природных зонах Русской равнины.

Предмет исследования - гидрологический режим малых равнинных рек и их водосборов, преимущественно, в зимнее-весенний период года и его реакция на колебания  регионального климата и антропогенные воздействия, в том числе - применение различных агротехнологий.

На защиту выносятся:

  • Результаты анализа современного гидроэкологического состояния малых равнинных рек и роли поверхностного весеннего склонового стока как основного фактора, обусловливающего их гидроэкологическое состояние.
  • Геосистемная концепция улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек.
  • Закономерности реакции гидрологического режима водосборов и речного стока малых равнинных рек на региональные колебания  климата в разных природных зонах Русской равнины.
  • Методика геоэкологического анализа антропогенных нагрузок на водосборы малых равнинных рек.
  • Ландшафтно–гидрологический метод оценки средних многолетних характеристик диффузного загрязнения, поступающего с водосбора и его вклада в формирование качества воды малой равнинной реки.
  • Полуэмпирическая динамико-стохастическая модель формирования поверхностного весеннего склонового стока.
  • Результаты сравнительного анализа гидрологической эффективности комплекса агротехнологий по улучшению гидрологического режима водосборов малых равнинных рек в период весеннего снеготаяния.

Научная новизна

В работе выявлены основные закономерности формирования гидрологического режима водосборов и его влияния на малые равнинные реки в основных природных зонах Русской равнины и разработана геосистемная концепция улучшения структуры их водного баланса. Получены следующие новые результаты:

  • установлена определяющая роль поверхностного весеннего склонового стока в формировании гидроэкологического состояния малых равнинных рек и доказана устойчивость во времени связи средней многолетней величины этого процесса со средними многолетними значениями местного речного стока в период весеннего половодья.
  • выявлены основные закономерности и причины различной реакции гидрологического режима водосборов и речного стока малых равнинных рек на совместное влияние колебаний регионального климата и хозяйственной деятельности в разных природных зонах Русской равнины.
  • разработана методика геоэкологического районирования антропогенных нагрузок на водосборы и установлена связь между геоэкологическим состоянием территории водосборов и качеством воды дренирующих их малых равнинных рек.
  • разработан ландшафтно–гидрологический метод оценки средних многолетних характеристик диффузного загрязнения водных ресурсов малых равнинных рек, основанный на расчете средних многолетних значений весеннего склонового стока, эрозии почвы и потоков основных биогенных элементов – азота и фосфора с различных (лес, сельскохозяйственные угодья, урбанизированные территории, овражно–балочная сеть) геосистем, расположенных на их водосборах.
  • разработана динамико–стохастическая модель формирования поверхностного весеннего склонового стока. В ней одновременно учитывается динамика определяющих его частных гидрометеорологических процессов (поступления воды из снега, впитывания ее в почву, стекания по склонам) и стохастический характер характеристик гидротермического режима водосбора (гидрофизические характеристики почвы, запасы воды в снеге, глубина промерзания и влажность почвы).
  • выявлена высокая гидрологическая эффективность таких нетрадиционных агротехнологий как создание с осени кулис из высокостебельных растений и мульчирование почвы растительными остатками в улучшении гидрологического режима  водосборов малых равнинных рек.

Практическая значимость

Результаты исследований направлены на решение важной народнохозяйственной проблемы – улучшение гидроэкологического состояния малых равнинных рек за счет снижения интенсивности проявления негативных процессов, формирующихся на их водосборах под влиянием колебаний климата и антропогенных воздействий.

Полученные в работе оценки гидрологической эффективности нетрадиционных агротехнологий дают основание рекомендовать их для более широкого использования с целью не только улучшения водного режима и качества воды малых равнинных рек, снижения интенсивности эрозии почвы, но и в сочетании с другими мероприятиями (оптимизация ландшафтной структуры,  лесоразведение и др.) – оздоровлению социально – экологической обстановки на их водосборах.

Практическими приложениями исследований являются:

  • Методика геоэкологического районирования территории водосборов малых равнинных рек и зон влияния малых водохранилищ по видам антропогенной нагрузки и степени экологической опасности;
  • Ландшафтно-гидрологический метод оценки средних многолетних характеристик потоков биогенных элементов, поступающих с различных геосистем и водосбора в целом в овражно-балочную и речную сеть малой равнинной реки;
  • Метод руслового баланса масс для независимой оценки потоков биогенных элементов с водосбора, по данным об общем потоке этих загрязняющих веществ в русловой сети;
  • Рекомендации по применению мульчирования почвы с осени растительными остатками (соломой) в разные по температурному режиму зимы.

Личный вклад автора состоит в формулировании цели, задач и научных положений, руководстве и непосредственном участии во всех теоретических и экспериментальных исследованиях, в камеральной обработке данных наблюдений и теоретическом обобщении их результатов.

Реализация результатов диссертационной работы

Основные положения диссертационной работы вошли в заключительные научно – технические отчеты по различным тематикам государственных планов НИР, выполняемые Институтом географии РАН, по ФЦП «Возрождение Волги» по разделу Малые реки, ФЦП «Интеграция науки и высшего образования России», проект № К - 0669, по Российско-американскому проекту «Управление малыми водосборами бассейна р. Истра», Программе Отделения наук о Земле РАН «Динамика поверхностных и подземных вод и ледников», по гранту РФФИ № 05-05-64884 «Управление гидрологическими процессами на водосборах малых рек», по хозяйственным договорам по проблеме «Экологическая безопасность регионов АЭС» и ряду других проектов.

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались на следующих  совещаниях, конференциях, конгрессах: Международном совещании по применению дистанционных методов в изучении гидрологического цикла (Москва, 1978), Всесоюзной школе-семинаре «Экспериментальные методы исследования геосистем (Звенигород, 1981), Всесоюзном совещании «Геосистемный мониторинг/принципы, пути организации» (Курск,1986), на Х сессии Всесоюзной школе – семинаре «Математическое моделирование гидрологических процессов (Звенигород,1989), на I, II, III, IY Международных конгрессах Вода – Экология - Технология «Экватек» (Москва, 1996, 1998, 2000, 2002 гг.), семинарах российско-американского проекта «Управление малыми водосборами в бассейне р. Истра», (Москва, 1995 - 1997гг), Международной научной конференции «Малые реки: Современное экологическое состояние, актуальные проблемы» (Тольятти, 2001), XI съезде Русского географического общества (Архангельск, 2001), Всероссийской конференции «Актуальные проблемы водохранилищ» (Борок, 2002), Всероссийском конгрессе работников водного хозяйства (Москва, 2003), V1 Всероссийском гидрологическом съезде (Санкт-Петербург, 2004), II Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России (Москва, 2006), заседаниях Ученого совета Института географии РАН и гидрологической комиссии Московского центра Русского географического общества.

Публикации

Основные результаты исследований изложены в 43 печатных работах, 20 из которых опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованной литературы. Содержание работы изложено на  268 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков и 42 таблиц. Список использованных источников включает 349  наименований.

Автор благодарен проф. д.г.н. А.М.Грину и проф. д.г.н. Н.И.Коронкевичу, под руководством которых он проводил исследования в Институте географии РАН, за всемерную поддержку всех его инициатив при выполнении данной работы. Сотрудничество с д.б.н. Е.М. Гусевым способствовало определению направлений научных исследований и поиску путей их решения. Совместные работы с  д.с.-х.н. М.В.Кумани, к.г.н. Г.С.Шилькрот, к.г.н. Е.А.Кашутиной, Ф.Н.Гуровым, рядом сотрудников Института географии РАН и других учреждений ускорили решение ее отдельных задач, за что автор им очень признателен.

Содержание работы

Введение содержит актуальность темы, цель, задачи, объект и предмет исследования, его научную новизну и практическую значимость.

Глава 1. Современное гидроэкологическое состояние малых равнинных рек

Малые равнинные реки являются природной основой гидрографической сети и начальным элементом более крупных гидрологических систем. К малым обычно относятся реки с водосбором не свыше 2000 км2 или имеющие длину не более 100 км (Концепция рационального…, М.:1991). На малые реки длиной менее 100 км приходится около 99% общего числа рек и 92—93% их протяженности. В пределах территории Российской Федерации насчитывается 2,5 млн. малых равнинных рек.

1.1 Специфика малых равнинных рек в функционировании более крупных гидрологических систем

Основные отличия малой реки от средних и крупных заключаются не только в различиях их морфологических характеристик (площади водосбора и длины), но, прежде всего, в более тесной зависимости ее водного и гидрохимического режимов от физико –географических условий той или иной природной зоны, в которой расположен ее водосбор. Особенности взаимодействия в различных природных зонах процессов гидрологического цикла с рельефом, почвой, растительным покровом, животным миром, микроорганизмами и другими компонентами геосистем, слагающих водосборы малых рек, в сочетании с воздействием антропогенных нагрузок обусловливают специфику характеристик их водных, хемогенных и биогенных потоков. В то же время под влиянием местных факторов гидрологический режим и качество воды некоторых малых рек могут быть не характерны для данной природной зоны (например, карст).

Другой важной отличительной чертой малой реки является неполное дренирование подземных вод, что является одной из причин более тесной зависимости ее гидроэкологического состояния от степени освоенности водосбора и особенностей формирования на его территории гидрологических и других обусловленными ими процессов горизонтального перемещения вещества и энергии, в первую очередь поверхностного склонового стока. Гидрологический режим более крупных рек, дренирующих различные водоносные горизонты, в большей мере зависит от зональных условий изменения теплового и водного балансов их водосборов, в отличие от малых рек, на водосборы которых помимо зональных условий большое влияние оказывают местные факторы формирования стока и антропогенные нагрузки.

Еще одним важным отличием малых от средних и крупных рек является степень их изученности. Более крупные реки достаточно хорошо освещены данными гидрометрических наблюдений и водохозяйственной статистики. Для большинства малых рек такая информация отсутствует. Поэтому анализ гидроэкологического состояния малых равнинных рек и эффективности мероприятий по улучшению их водного режима и качества воды основан на использовании материалов многолетних наблюдений на воднобалансовых станциях (ВБС) и стационарах, расположенных на типичных для данной природной зоны малых водосборах, на реках – аналогах, а также картах различных гидроло – гидрохимических характеристик этих рек.

    1. Малые равнинные реки в системе природных и хозяйственных связей и их основные проблемы

Изменения гидроэкологического состояния малых равнинных рек происходят под влиянием комплекса факторов естественного и антропогенного происхождения. Среди факторов естественного происхождения особо важную роль играют климатические, которые имеют циклический характер, выражающийся  в сезонных и межгодовых колебаниях, в соответствии с законом географической зональности. Антропогенные изменения этих рек обусловлены хозяйственной деятельностью человека, как на водосборах, так и в руслах самих рек. Эти изменения могут быть не менее важны, чем климатические в связи с ярко выраженной зависимостью формирования стока и потоков других субстанций от ландшафтных условий и степени трансформации их водосборов [В.И.Данилов – Данильян и др., 2006].

Антропогенные нагрузки на малые и более крупные равнинные реки в целом определяются примерно одними и теми же видами воздействий на водосборы и источниками загрязнения водных ресурсов. Различия заключаются в интенсивности прямых и косвенных антропогенных воздействий на водосборы и масштабах изменения водных ресурсов этих водотоков. Водные ресурсы малых равнинных рек используются водопотребителями и водопользователями с обычно небольшими объемами производства, а на их водосборах выше доля косвенных нагрузок от сельского и лесного хозяйства, а также рекреации. Однако, учитывая высокую чувствительность и быструю реакцию этих  рек на изменения антропогенных нагрузок, их суммарное влияние может быть очень велико и приводить к существенному ухудшению гидроэкологического состояния не только самих малых равнинных рек, но и в зонах их впадения в более крупные реки и водоемы.

Так же как и естественные факторы, вид и интенсивность антропогенных воздействий на водные ресурсы и гидроэкологическое состояние малых равнинных рек, зависят от зональности природной среды [Н.И.Коронкевич, 1972; И.С.Зайцева, 1981]. Все виды этих воздействий на эти реки и их водосборы можно разделить на две группы: общие, присущие всем природным зонам, и характерные только для каждой из этих зон. В работе дана характеристика влияния различных видов антропогенных воздействий на гидроэкологическое состояние малых равнинных рек.

1.3 Прямые и косвенные антропогенные нагрузки на водные ресурсы и водосборы малых равнинных рек.

На примере р. Волги проведен анализ динамики водопотребления и водоотведения в малые реки ее бассейна и изменения таких косвенных антропогенных нагрузок как площадь пашни, дозы внесения минеральных и органических удобрений, урожайности сельскохозяйственных культур в постсоветский период. В течение этого периода произошло резкое уменьшение антропогенных нагрузок на водосборы и водные ресурсы, однако это не привело к адекватному улучшению качества воды и гидроэкологического состояния малых равнинных рек. Одной из важных причин неадекватной их реакции на снижение антропогенных нагрузок являлся поступление в реки значительного объема загрязняющих веществ, накопленных ранее в почве водосборов в результате неоптимального использования удобрений [Н.И.Алексеевский и др., 2000]. При анализе данных о прямых антропогенных нагрузках учтено, что водопотребление из них составляет 34%, а водоотведение – 46% от объемов забора свежей воды и сброса сточных вод во всем бассейне, соответственно [Малые реки Волжского бассейна, 1998].Показана роль динамки косвенных антропогенных нагрузок в изменениях элементов водного баланса водосборов малых равнинных рек.

В целом современное состояние проблемы малых равнинных рек можно оценить как весьма неблагоприятное. Определенные перспективы ее решения связаны с новым Водным Кодексом РФ (2006г), в частности, на разработке предусмотренных законом схемах комплексного использования и охраны водных объектов, обязательных для органов государственной власти и местного самоуправления. При разработке таких схем для конкретного речного бассейна специфика малых рек может быть учтена путем определения приоритетов в осуществлении водоохранных мероприятий. Значительные возможности в улучшении гидроэкологического состояния малых равнинных рек во всех природных зонах имеет воссоздание малой гидроэнергетики, которая рассматривается не только как дополнение к действующим энергосистемам, но и способную обеспечить решение ряда экологических проблем этих рек и других  социально – экономических вопросов жизнеобеспечения населения и развития отраслей хозяйства [Л.К.Малик, 2005].

В работе сформулированы предложения по организации исследований, призванных обеспечить научное обоснование решения проблемы улучшения гидроэкологического состояния малых равнинных рек и других наиболее актуальных вопросов этой проблемы.

Глава 2. Поверхностный весенний склоновый сток и его роль в формировании гидроэкологического состояния малых равнинных рек.

Одним из важнейших гидрологических процессов, обеспечивающих тесную связь водосбора и малой реки, является поверхностный склоновый сток, особенно в период весеннего снеготаяния (ПВСС), играющего определяющую роль в формирования гидрологического режима рек на территории Русской равнины. Различные вопросы формирования ПВСС и его вклада в возникновение эрозии почвы исследовались в работах Н.И. Алексеевского, А.Т. Барабанова, Н.Н. Бобровицкой, Ю.В. Бондаренко Г.Г. Борисовой, В.Е. Водогрецкого, В.П. Герасименко, А.М. Грина, В.С. Дыгало, В.В. Демидова, С.А. Кондратьева, В.И. Корзуна, Н.И. Коронкевича, М.С. Кузнецова, М.В. Кумани, Г.А. Ларионова, Л.Ф. Литвина, М.И. Львовича, В.М. Мишона, Г.В. Назарова, А.И. Субботина, Г.П. Сурмача, Ю.П. Сухановского, Е.П. Чернышова, Р.С. Чалова, и других исследователей.

В работе рассмотрены вопросы терминологии и генезиса этого процесса, основные влияющие на него природные и антропогенные факторы, масштабы пространственно–временных изменений его характеристик, приведен обзор методов его изучения и расчета – экспериментальные стационарные и полустационарные полевые наблюдения на воднобалансовых станциях, в первую очередь на стоковых площадках и малых логах, картографирования, математического моделирования [Н.И.Коронкевич, 1990; А.Т. Барабанов, 1993; В.П. Герасименко,1993; Л.С. Кучмент и др, 1983; С.А. Кондратьев, 1990; Е.М. Гусев, 1993].

В практических расчетах широко используются физически обоснованные зависимости среднего многолетнего ПВСС от среднего многолетнего весеннего речного стока, полученные в Институте географии РАН при разработке метода элементной дифференциации водного баланса территории Русской равнины [Н.И. Коронкевич, 1973; Н.И. Коронкевич, 1990, Н.И. Хрисанов, Г.К. Осипов, 1993]. Такие зависимости получены для основных видов подстилающей поверхности на водосборах к моменту установления снежного покрова: зяби, уплотненной к осени почве и леса. В группу подстилающей поверхности с уплотненной почвой включались такие разные типы поверхности, как многолетние травы, озимые, пастбища, залежь, стерня, однако, обладающие сходным типом режима ПВСС [Н.И. Коронкевич, 1990]. При построении таких зависимостей использовались данные экспериментальных наблюдений только до 1970 года, и вопрос об их неизменности во времени оставался неизученным.

В этой связи в работе исследовался вопрос об устойчивости зависимостей  Увс = f (Урс) во времени. Для этого имеющие ряды данных о ПВСС и среднемноголетних величинах речного стока весеннего половодья были продлены до 1988 для 15 воднобалансовых станций (ВБС) различной ведомственной принадлежности, расположенных на территории Русской равнины. Результаты обобщения этих данных приведены на рис. 1.

Рис. 1. 1 - зябь (до 1970),  2 - уплотненная почва (до 1970), 3 -  зябь – объединенный ряд, 4 - уплотненная почва - объединенный ряд, 5 – зябь – зависимость до 1970 г., 6 -уплотненная почва - зависимость до 1970 г., 7 - зябь Yвс = f (Yрс) - для объединенного ряда, 8 - уплотненная почва; Yвс= f(Yрс) для объединенного ряда

Сопоставление зависимостей Увс = f (Урс) показывает, что для зяби они полностью совпадают, а для площадок с уплотненной почвой отклонение между ними довольно существенны. Это объясняется дифференциацией условий формирования ПВСС внутри группы, объединенной понятием, как «поля с уплотненной» к весне почвой. Практически полное совпадение зависимостей Увс = f (Урс) для зяби и общая их форма за разные периоды наблюдений для площадок с уплотненной почвой позволяет сделать вывод об их устойчивости во времени.

        Для использования в практических приложениях эмпирические зависимости Увс = f (Урс) этих объединенных рядов были аппроксимированы степенными функциями:

Для зяби : Yвсз = 0,07 x Yрс.1,47                R2 = 0.76  (1),

Для угодий с уплотненной почвой: 

  Yвс уп. = 7,23 x Yрс0,53 R2 = 0.48  (2),

Для леса, в связи с отсутствием новых данных использовалась информация, полученная до 1970 г [Н.И.Коронкевич, 1992]:

Yвсл. = 10-4  9.0  Yр.2.22  R2 = 0.56  (3),

где - коэффициент детерминированности.

Объем и гидрограф ПВСС – основные характеристики этого процесса, обусловливающие один из важных факторов гидроэкологического состояния малых рек – их водоносность. Вклад ПВСС в формировании годового и весеннего стока на примере бассейна р. Волги, который расположен на большей части Русской равнины, показан в табл. 1.

Таблица 1.

Структура речного стока в бассейне Волги [по Н.И.Коронкевичу, С.В.Ясинскому и др, 1996]

Составляющие речного стока

год

зимне-весенний период

  мм

%

  мм

  %

Полный речной сток

187

100

113

  100

Поверхностная составляющая стока

136

73

92

81

Подземная составляющая стока

51

27

21

19

Сток по поверхности почвы

105

56

  64

  57

В том числе со склонов

37

20

  35

  31

С площади гидрографической сети

68

36

  29

  26

Сток инфильтрационного происхождения

82

44

  49

  43

Из приведенных данных видно, что поверхностным путем стекает примерно 20% годового стока Волги, практически только в весенний период со склонов. Вместе со стоком верховодки, который быстро улавливается первичной гидрографической сетью и включается в поверхностную составляющую, со склонов стекает 36% годового и более половины весеннего стока Волги. В разных природных зонах роль ПВСС в формировании водности малых рек меняется. В лесной зоне по сравнению с другими природными зонами выше увлажнение территории и доля стока инфильтрационного происхождения, обусловленная высокими инфильтрационными свойствами почв под лесом, способствующими формированию устойчивого подземного стока и стока верховодки. В лесостепной и степной зонах снижаются общая увлажненность территории и все виды стока, но увеличивается доля стока по поверхности почвы в годовом и весеннем речном стоке. Для лесостепи она составляет около 60-70%, в том числе со склонов - 30-40%, в степной зоне – 80 – 90%, в том числе со склонов 40 – 45 %.

Другим важным фактором гидроэкологического состояния малых равнинных рек является качество их водных ресурсов, в формировании которого велика роль ПВСС, как основного процесса, обеспечивающего значительное поступление с жидким и твердым стоком в русла этих рек разнообразных загрязняющих веществ, в том числе ядохимикатов и радионуклидов. На пути от водосбора до русла происходит трансформация характеристик жидкого и твердого стока и содержащихся в них загрязняющих веществ. Если объем жидкого стока, сформированный на склонах, на этом пути увеличивается за счет поступления талых вод из гидрографической сети, то значительная часть твердого стока отлагается в ее нижних частях, в задернованных оврагах и балках, на поймах малых рек. По существующим оценкам только 10-20% продуктов эрозии почвы на малых водосборах достигает русла рек. При этом в многоводные годы полной промывки отложенного твердого материала не происходит. В маловодные годы мощность слоя этих отложений увеличивается. В результате во многих балках лесостепной зоны мощность балочного аллювия достигает в среднем 0.5-3.5 м, [Р.С.Чалов, А.В.Чернов,1994]. В степной зоне толщина этих отложений достигает уже 8-10 м. Они заполняют все отвершки гидрографической сети, в том числе и устья боковых оврагов [Е.П.Чернышев, Н.А.Барымова,1992]. Несмотря на аккумуляцию в начальных звеньях гидрографической сети значительного объема выносимого со склонов материала, не менее 1/3 всего объема загрязняющих веществ выносится в реки стоком с водосборов [Гос. доклад…, 1993]. Снижение водности, загрязнение водных ресурсов и заиление русел, ведущим фактором возникновения которых является формирование ПВСС - наиболее актуальные проблемы современного гидроэкологического состояния малых равнинных рек.

Глава 3. Геосистемная концепция улучшения гидрологического режима водосборов  малых равнинных рек

Неудовлетворительное гидроэкологическое состояние малых равнинных рек, вызванное, в том числе, влиянием поверхностного склонового стока и обусловленных им гидролого-геохимическими процессами вызывает необходимость разработки и внедрения экологически безопасных и экономически выгодных технологий по улучшению гидрологического режима их водосборов. Наиболее эффективна организация мероприятий по применению таких технологий на геосистемной основе. Сущность геосистемной концепции заключается в представлении территории водосборов малых равнинных рек как природно-антропогенных геосистем локального уровня [Л.И. Мухина,1986]. В настоящее время они представляет собой мозаику, сложенную из набора элементарных природно-антропогенных геосистем: городов, поселков, деревень, сельскохозяйственных полей, лесов, болот и других. Основу этих геосистем составляет природный комплекс, трансформированный той или иной деятельностью человека. От степени трансформации этих геосистем зависит объем, интенсивность, качественный состав поверхностного и подземного стока, который через элементарную гидрографическую сеть поступает в малую равнинную реку. Именно все усиливающееся отклонение элементарных природно-антропогенных геосистем в речных бассейнах от своей естественной составляющей обусловило возникновение и необходимость решения “проблемы малых равнинных рек”.

Представление о водосборах малых равнинных реках как о природно-антропогенных геосистемах локального уровня позволяет осуществлять целенаправленные адаптивные мероприятия по улучшению их гидрологического режима [С.А.Пегов, П.М. Хомяков, 1991]. Сущность этих мероприятий основана на постоянном учете и согласовании природной и антропогенной составляющих геосистем, позволяющим оптимизировать их функционирование как целостных, саморегулирующихся систем.

Цель экологически безопасного улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек заключается в проведении на их территории комплекса природоохранных мероприятий, обеспечивающих оптимальное функционирование наземных геосистем, снижение интенсивности или ликвидация ряда негативных процессов и достижения за счет этого существенного улучшения водного режима и качества воды.

Достижение этой цели должно основываться на профилактическом принципе, согласно которому необходимо, прежде всего, не допускать и устранять причины возникновения и развития негативных процессов на водосборах и в речной сети малых рек, а не бороться с их последствиями. В каждом конкретном случае выбор методов будет зависеть от  места расположения малого водосбора, интенсивности  протекающих процессов, степени его трансформации под влиянием антропогенной деятельности. В большинстве случаев природно-антропогенные геосистемы малых равнинных рек характеризуются преобладанием природной составляющей, в отличие от крупных рек, в долинах которых расположены большие города и мощные промышленные предприятия. Основными видами хозяйственной деятельности на их водосборах являются сельское и лесное хозяйства. Часто эти виды хозяйственной деятельности рассматривают как одно сельскохозяйственное производство [Н.А.Воронков,1989]. К этим видам хозяйственной деятельности нужно добавить жилищно–коммунальное хозяйство (ЖКХ) сельских населенных пунктов и рекреацию, которые раньше учитывались недостаточно.

Арсенал методов по улучшению гидрологического режима водосборов малых равнинных рек достаточно велик. Они могут иметь чисто технологический характер: сооружение и правильная эксплуатация очистных сооружений для объектов сельского ЖКХ и рекреации, создание простейших противоэрозионных гидротехнических сооружений (валы – террасы и др.), воссоздание малых ГЭС, совершенствование и реконструкция мелиоративных систем, расчистка русел малых рек и др.

Другим важным комплексом этих методов является оптимизация ландшафтной структуры их территории в сочетании с применением современных почвозащитных и противоэрозионных агротехнологий. Под оптимизацией ландшафтной структуры понимается научно-обоснованное размещение на данной территории природно-антропогенных геосистем с различным функциональным назначением и режимом использования [А.Г. Исаченко, 1980]. Она предусматривает рациональное размещение на малых равнинных водосборах естественных и культурных угодий - лесных массивов, сельскохозяйственных полей, садовых и кустарниковых насаждений, лугов с естественной и культурной растительностью, водоемов и болот, а также искусственной инфраструктуры, обеспечивающей жизнедеятельность человека. К основным научным задачам оптимизации ландшафтной структуры водосборов относится обоснование размеров площадей и конфигурации этих природно-антропогенных геосистем, а также их взаимной расположенности на малом водосборе и оценка резко выраженных конфликтных ситуаций, например, между животноводческими фермами и водными объектами, различными коммуникациями и лесными насаждениями [В.М. Яцухно А.С. Помелов, 1990]. Наиболее перспективным направлением решения задач оптимизации структуры ландшафтов в улучшении гидроэкологического состояния водных ресурсов малых равнинных рек является совместное использование методов моделирования гидролого–геохимических процессов, формирующихся на их водосборах и ГИС – технологий. С использованием ГИС – технологий задаются несколько вариантов конфигурации и размещения на водосборе набора природно–антропогенных геосистем и для каждого из них производится расчет потоков исследуемых субстанций, поступающих и трансформирующихся в речной сети или в водном объекте, с использованием того или иного вида моделей. Выбор оптимального варианта пространственной структуры ландшафта может быть сделан при достижении рассчитанных характеристик, которые используются для оценки гидроэкологического состояния водных ресурсов их пороговых значений - критериев.

В научной и практической деятельности эти критерии относятся к трем основным группам. В первую группу входят экологические критерии. Как правило, они представляют собой заданные пороговые значения натуральных показателей того или иного процесса или явления, например, предельно – допустимые концентрации элемента в воде (ПДК). Критерии ПДК для биогенных элементов использованы в работе при оценке качества воды р. Истры в период весеннего половодья (глава 6). Вторая группа критериев - экономические критерии. В основу этих критериев положен принцип минимизации затрат или максимума дохода при достижении запланированного результата, например, нормативного качества воды. Однако, как отмечают Н.И.Хрисанов, Г.К.Осипов (1993г), наиболее перспективно использование эколого-экономических критериев. Их необходимо применять при рассмотрении различных вариантов проведения водоохранных мероприятий, где на каждом этапе их проведения применяются сначала экологические критерии, а оптимальные варианты оцениваются по экономическим критериям. Именно эти критерии наиболее полно отвечают сущности адаптивного природопользования, при котором вся процедура принятия решений о проведении тех или иных мероприятий на водосборах включает в себя несколько этапов рассмотрения. Реализация изложенного выше подхода к оптимизации ландшафтной структуры водосборов сопряжена со значительными трудностями методического, технического и информационного характера. Поэтому и его практическое применение ограничено весьма немногочисленными примерами, показанными, например, в [Имитационное моделирование…, 1989; Н.А. Назаров,  1996].

На данном же этапе развития методов улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек практическое применение геосистемной концепции рекомендуется осуществляться в следующей последовательности: 1. Дается общая характеристика природных условий и хозяйственной деятельности в рассматриваемом бассейне малой реки; 2. Проводится оценка региональных изменений характеристик климата и реакции на них гидрологических процессов, формирующихся на этом водосборе (ПВСС, местного речного стока и др.); 3. Осуществляется геоэкологическое районирование водосбора по видам антропогенных воздействий, по степени экологической опасности, по интенсивности диффузного загрязнения; 4. Производится выбор малого водосбора, находящегося в «критическом» экологическом состоянии и определяется набор методов улучшения его гидрологического режима. 5. Для агросистем этого водосбора определяются вид и параметры различных агротехнологий, дается оценка гидрологической эффективности их применения по снижению ПВСС и изменению структуры водного баланса водосборов; 6. С использованием экологических критериев производится оценка гидрологической эффективности улучшения водного режима и качества воды малой реки «критического» водосбора; 7. Рассматриваются варианты применения различных методов улучшения гидрологического режима «критического» водосбора и осуществляется выбор оптимального варианта с использованием экономических критериев. 8. Даются оценки гидрологической эффективности применения комплекса мелиоративных мероприятий, разработанных для «критического» водосбора, по улучшению гидроэкологического состояния основной реки, структурным элементом которой он является.

Оценивая в целом состояние проблемы улучшения гидроэкологического состояния  малых равнинных рек необходимо отметить, что, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в решении ее основных наиболее актуальных вопросов, многие из них требуют своего дальнейшего более глубокого анализа. Проведение такого анализа возможно только на основе выявления новых закономерностей протекания как гидрологических, так и других природных и социально-экономических процессов, обусловливающих функционирование природно-антропогенных геосистем различных пространственных масштабов. Важным моментом такого анализа является разработка и использование моделей и методов, позволяющих все более адекватно описывать и прогнозировать наблюдаемые в реальности динамику и развитие этих процессов и самих природно-антропогенных геосистем водосборов малых равнинных рек.

Глава 4. Реакция гидрологических процессов, формирующихся на водосборах и речного стока малых равнинных рек на изменения регионального климата и хозяйственной деятельности

Одной из актуальных проблем современности, затрагивающей жизненно важные интересы всего человечества, является проблема глобальных изменений климата. Исследованию различных аспектов этой проблемы посвящено множество работ, выполненных в разных странах мира, которые в значительной степени обобщенны в трудах М.И. Будыко, Г.С. Голицина, Ю.А. Израэля, К.Я. Кондратьева, В.М. Котлякова и других исследователей, а также в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, IPCC) [Ю.А. Израэль и др., 2007].

Глобальные изменения климата неизбежно приводят к трансформации естественного хода многих природных процессов и изменениям во всех компонентах биосферы на глобальном, региональном и локальном уровнях [С.Г. Добровольский, 2002]. Оценка экологических, экономических и социальных последствий изменения климата является важным направлением исследований этой проблемы [Материалы Конференции по климату, 2004].

В диссертации приведен обзор основных работ, выполненных в рамках этого направления. Отмечено, что, несмотря на значительный прогресс, достигнутый в исследовании реакции различных природных процессов и социально-экономических систем на колебания климата, малоизученным остается вопрос о влиянии этих изменений на ПВСС и речной сток малых равнинных рек и на факторы, определяющие условия формирования этих процессов и характеризующие гидротермическое состояние водосборов на начало снеготаяния (максимальные снегозапасы, влажность почвы, глубина ее промерзания). В тоже время его решение очень важно для выявления тенденций изменения водного режима водных объектов и территорий, а также разработки и осуществления адаптационных мероприятий [И.А. Шикломанов, В.А. Георгиевский, 2002]. Как отмечалось ранее (глава 1), на ПВСС и обусловленный им годовой и весенний речной сток малых рек помимо колебаний регионального климата существенное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека. Поэтому многолетние колебания этих гидрологических процессов необходимо рассматривать как результат их совместного влияния.

4.1 Основные задачи и исходные данные

Оценка реакции межгодовой изменчивости рассматриваемых гидрологических процессов на соответствующие колебания характеристик регионального климата в данной работе основана на решении нескольких частных задач с использованием различных статистических методов анализа временных рядов [А.В. Рождественский, А.И. Чеботарев, 1974; В.М. Евстигнеев, 1990].

Такими задачами являлись:

  1. Оценка репрезентативности данных наблюдений о многолетней и годовой изменчивости характеристик климата на опорных метеостанциях для других территорий в пределах рассматриваемых природных зон;
  2. Оценка вклада изменчивости показателей климата в теплые (апрель-октябрь) и холодные (ноябрь - март) сезоны года в формирование многолетней изменчивости их средних годовых величин;
  3. Выявление закономерностей в многолетних колебаниях средних годовых значений показателей климата, факторов гидротермического состояния водосборов, ПВСС и речного стока малых равнинных рек;
  4. Оценка однородности рядов наблюдений;
  5. Оценка времени запаздывания в наступлении маловодных и многоводных фаз в многолетних колебаниях гидрологических процессов на водосборах и речного  малых равнинных рек по отношению к соответствующим многолетним колебаниям  характеристик климата.

Исходными данными являлись длительные ряды ПВСС и факторов гидротермического состояния  для экспериментальных водосборов трех опорных БВС (более 40 лет), средних месячных величин температуры воздуха и сумм осадков, годового стока на ближайших к ним метеостанциях и в замыкающих створах малых рек, расположенных в южной части лесной, лесостепной и степной зонах Русской равнины (от 60 до 75 лет). Ими являлись: лога «Лесной» и «Полевой» воднобалансового стационара «Малая Истра», м/с «Новый Иерусалим», р. Истра – п. Павловская Слобода; лог «Малютка» Нижнедевицкой ВБС с одноименной м/c, р. Хопер – п. Новохоперск; стоковые площадки с разным видом подстилающей поверхности (зябь и уплотненная почва) Волгоградского стационара Всероссийского НИИ агролесомелиорации РАСХН (ВНИАЛМИ), м/c «Волгоград - СХИ», и р. Иловля – п. Александровка, соответственно. Особенностью использованных данных являлось то, что они охватывали современный период, вплоть до 2000 – 2004 годов. При этом исходили из того, что ПВСС, формирующийся в логах, включает в себя также сток верховодки и внутрипочвенный сток, доля которых в отдельные годы в его общем объеме может составлять 10 –20%.

Для восстановления пропущенных данных о значениях факторов формирования ПВСС и речного стока использованы приведенные в работе уравнения регрессии между этими факторами и различными гидрометеорологическими характеристиками в зимние сезоны, коэффициент корреляции между которыми r > 0,4.

4.2 Репрезентативность данных опорных метеостанций о многолетних колебаниях регионального климата для других регионов в пределах природных зон

В работе рассматривается возможность распространения многолетних метеорологических данных наблюдений на опорных метеостанциях для территорий других регионов в пределах рассматриваемых природных зон.

В табл. 2 приведены осредненные величины средних многолетних характеристик показателей климата и их пространственной изменчивости, рассчитанные по данным для субъектов РФ и сопредельных государств (Белоруссия, Украина, страны Балтии), агрегированных по рассматриваемым природным зонам [Научно-прикладной справочник…, 1989].

Таблица 2.

Характеристики пространственной изменчивости средних многолетних значений показателей климата на территории Русской равнины.

Показатели климата

Характеристики климата

Южная часть лесной зоны

Лесостепная зона

Степная зона

Для всех зон

Осадки, (мм)

Среднее

732

621

488

614

51,2

55,9

83,0

  63,0

Сv

0,07

0,09

0,17

0,11

Темп-ра годовая, t0C

Среднее

5,3

6,1

8,5

6,6

1,3

1,8

1,7

1,6

Результаты расчетов показывают, что пространственная изменчивость средних многолетних годовых осадков и средней многолетней годовой температуры воздуха в каждой из природных зон в целом невелика. Это позволяет считать, что закономерности их многолетних изменений, полученные для рассматриваемых опорных метеостанций, могут быть распространены на территории других регионов, расположенных в пределах одной и той же природной зоны.

Подтверждением этому являются достаточно высокие коэффициенты корреляции между средними годовыми характеристиками этих показателей климата для опорных метеостанций и метеостанциями, расположенными на других территориях в каждой из природных зон (табл.3).

Таблица 3.

Коэффициенты корреляции между средними годовыми характеристиками показателей климата на опорных  и других метеостанциях в пределах природных зон на Русской равнине. 

Опорная метеостанция

Метеостанция  в природных зонах

Страна

Температура

воздуха

Осадки

Новый Иерусалим

Даувгавпилс

Вязьма

Муром

Латвия

Россия

Россия

0.95

0.99

0.93

0.73

0.77

0.67

Нижнедевицкая ВБС (Воронеж)

Липецк

Казачья Лопатка

Жердевка

Россия

Украина

Россия

0.93

0.95

0.96

0.75

0.69

0.69

Волгоград-СХИ

Денисовка

Камышин

Эльтон

Россия

Россия

Россия

0.97

0.96

0.94

0.86

0.85

0.85

4.3 Вклад изменчивости характеристик климата в холодный и теплый сезоны в изменчивость их средних годовых величин

Многолетние изменения средних годовых характеристик климата обусловлены различной степенью связности и сложной суперпозицией их колебаний за холодный и теплый сезоны года и имеют как общие для всех природных зон черты, так и существенные отличия (рис. 2).

Основными общими закономерностями их изменений являются:

а). Синхронность колебаний средней годовой и за холодный сезон температуры воздуха во всех природных зонах в периоды, когда длительные фазы их изменений полностью совпадают: 1939 -1970 гг. – фаза их уменьшения и 1988-89 гг. – по настоящее время – фаза повышения, обусловившие более высокую корреляцию между средней годовой и за холодный сезон температурой воздуха  , чем за теплый -

б). Наоборот, изменения средних годовых и за теплый сезон сумм атмосферных осадков, более синхронны, чем за холодный, о чем свидетельствуют и более высокая корреляция между средними годовыми и за теплый сезон суммами осадков, чем за холодный -  для м/с Новый Иерусалим и для других м/с, соответственно.

в). В каждой природной зоне отсутствует связь между средними годовыми температурами и суммами осадков.

г). Существует определенная последовательность в начале наступления фазы устойчивого повышения показателей климата, как внутри каждой природной зоны, так и между ними:

1. Во всех природных зонах из всех рассматриваемых показателей климата раньше всего начиналось увеличение осадков холодного сезона года.

2. В каждой из природных зон существует одно и то же запаздывание во времени в среднем в 12 лет между началом увеличения осадков холодного сезона и началом увеличения средних годовых и за теплый сезон осадков. Но начало наступления фазы увеличения одноименных видов осадков в лесостепной и степной зонах запаздывает на те – же в среднем 12 лет по отношению к началу их роста в южной части лесной зоны.

3. Фаза устойчивого увеличения средних годовых сумм атмосферных осадков во всех природных зонах наступает раньше, чем фаза повышения средней годовой температуры воздуха. Разница между временем наступления фазы повышения соответственно средних годовых осадков и температуры воздуха составляет в южной части лесной зоны 6 лет (1963-1964 и 1969-1970 гг), в других природных зонах – 10 -11 лет (1976 - 1977 и 1987 - 1988 гг).

4. Наибольшие отличия для всех природных зон присущи многолетней изменчивости температуры воздуха в теплый сезон. Для южной части лесной и степной зон ее изменения асинхронны в течение практически всего многолетнего периода. Для южной части лесной зоны характерна общая тенденция к ее постоянному увеличению, начиная с 1930 г до настоящего времени.

5. Анализ матрицы межзональных коэффициентов корреляции между всеми показателями климата показал, что наиболее тесные связи существуют, также как и внутри каждой зоны, между средними годовыми и за холодный сезон температурами воздуха. Более высокая теснота связи характерна для соседних друг с другом с севера на юг природным зонам. Степень межзональных связей между различными видами осадков в целом невелика и значительно уступает межзональным связям температуры воздуха.

Выявленные закономерности в многолетних изменениях показателей климата в разные сезоны года позволили сделать вывод о том, что во всех природных зонах изменения температуры воздуха в холодный сезон года оказывают более значительное влияние на изменения средней годовой температуры воздуха, чем в теплый.

Рис 2. Разностно-интегральные кривые сумм температур воздуха и осадков по данным опорных метеостанций: а –м/с «Новый Иерусалим; б- м/с «Нижнедевицкая БВС»;в - м/с «Волгоград» .

– теплый период; -  за год; - холодный период.

Наоборот, определяющий вклад в изменения сумм годовых осадков оказали их изменения в теплый сезон. В межзональном взаимодействии изменения средних многолетних осадков в каждой природной зоне не зависят от их изменений в других зонах и, наоборот, изменения средней годовой и за холодный сезон температуры воздуха с севера на юг в одной природной зоне, оказывают существенное влияние на их изменения в других природных зонах. Однако, в связи с тем, что запаздывание начала наступления фазы устойчивого повышения средних годовых осадков произошло в среднем на 12 лет и средней годовой температуры воздуха на 18 лет позже в лесостепной и степной зонах по отношению к южной части лесной зоны, можно считать, что в многолетних колебаниях показателей климата определяющую роль в целом играет их внутри зональная изменчивость и значительно меньшую – их межзональное взаимодействие.

4.4  Многолетняя изменчивость показателей регионального климата по данным

опорных метеостанций

Анализ статистических параметров рядов средних годовых, за теплый и холодный сезоны года показателей регионального климата, а также их однородности для опорных метеостанций позволил установить следующие закономерности их многолетних изменений. Для всех метеостанций с большой уверенностью диагностируется существенное изменение региональных климатических условий после конца 70 – ых годов прошлого века: статистически значимо возросли средние годовые и за остальные сезоны года осадки (вероятность превышения наблюденной величины t -критерия от 1,4 до 3,0%). Наибольшее абсолютное и относительное увеличение средних годовых сумм осадков отмечается для м /c Волгоград – СХИ – на 85 мм или на 26,2%. Для м/с Новый Иерусалим и Нижнедевицкой БВС рост средних годовых сумм осадков сопоставим между собой: на 63,1 мм (11%) и на 67 мм (12,5%), соответственно.

Увеличение атмосферных осадков сопровождалось статистически значимым повышением температуры воздуха. С высокой вероятностью превышения наблюденной величины t -критерия от 0,2 до 3,5% диагностируется увеличение среднегодовой и за холодный сезон температура воздуха (на 0,70С и 0,90С, по м /c Новый Иерусалим, на 10С и 1,90С по м/с остальных ВБС), соответственно. С меньшей, но также с достаточно высокой статистической значимостью (вероятность превышения t - критерия от 3,5 до 30%) повысилась температура воздуха в теплый сезон на 0,1 – 0,40С на метеостанциях, расположенных во всех природных зонах

4.5 Влияние региональных колебаний характеристик климата на многолетнюю изменчивость факторов гидротермического состояния малых водосборов на начало снеготаяния и ПВСС

Факторы гидротермического состояния водосборов на начало снеготаяния (максимальные снегозапасы, глубина промерзания и влажность почвы) достаточно быстро реагирует на региональные изменения показателей климата. Совместный анализ разностно – интегральных кривых (РИК) показателей климата и факторов гидротермического состояния малых водосборов в лесостепной и степной зонах показал, что период увеличения снегозапасов и глубины промерзания почвы (до 1980 г на стоковых площадках ВНИАЛМИ и до 1988 г для лога «Малютка») практически полностью соответствует периодам понижения среднегодовых и за холодный сезон осадков и температуры воздуха. Увеличение температуры воздуха в холодный сезон, начиная с 1969 г в степной зоне и с 1988 г - в лесостепи, привело к увеличению числа и продолжительности оттепелей и сокращению длительности зимнего сезона. В этой связи, несмотря на продолжающийся рост осадков, началась фаза одновременного уменьшения величины максимальных снегозапасов и глубины промерзания почвы на начало снеготаяния.

Результатом изменений этих показателей гидротермического состояния водосборов явилось увеличение влажности почвы к началу и снижение ПВСС непосредственно в сам период снеготаяния. В работе приведены данные о фактических величинах и статистической значимости (вероятность превышения t -критерия от 2.2 до 2.3 %) изменений показателей гидротермического состояния водосборов и ПВСС (рис. 3)

Показано, что общая тенденция снижения ПВСС на водосборе «Малютка» была прервана в 1985г из – за наступления аномально благоприятных условий для его формирования в 1985 - 1987 и особенно в 1996 годах, не наблюдавшихся здесь за весь многолетний период. Сделан вывод о том, что факторы гидротермического состояния водосборов практически одновременно реагируют на изменения, прежде всего, температуры воздуха в холодный сезон.

4.6 Реакция годового речного стока малых равнинных рек на колебания показателей регионального климата и хозяйственной деятельности

Многолетние колебания речного стока, в большей степени, чем ПВСС обусловлены не только климатической изменчивостью, но различиями в геологическом строении, рельефе, почве и других физико-географических характеристик водосборов в этих природных зонах, влияющих на процесс трансформации осадков в речной сток.

(Ki-1)

Рис. 3. Динамика  ПВСС  на опорных ВБС за многолетний период .

Малая Истра: - поле;  - лес. Нижнедевицк - лог Малютка.

Волгоград:  - светло-каштановые почвы – зябь; - светло-каштановые  почвы – уплотненные.

При этом хозяйственная деятельность на водосборах и в речной сети может в значительной мере как усиливать, так и компенсировать влияние климатических изменений на годовой и весенний речной сток.

В работе приведены примеры совместного влияния изменений характеристик климата и хозяйственной деятельности на изменение годового и весеннего стока рек в разных природных зонах. На рис. 4 показаны совмещенные РИК средних годовых температуры воздуха (в отклонениях от среднего), осадков и годового стока малых рек, протекающих в зоне распространения данных опорных БВС и метеостанций.

Рис. 4. Разностно-интегральные кривые средних годовых величин показателей климата и речного стока в различных природных зонах Русской равнины:  - средняя годовая температура воздуха (в отклонениях  от среднего);  -  средние  годовые  осадки; - средний годовой речной сток. а) – южная часть лесной зоны; б) – лесостепная зона; в) – степная зона.

Из них видно, что колебания годового речного стока малых рек, протекающих в разных природных зонах, различны. Проведен сравнительный анализ этих изменений в маловодный и многоводный по осадкам периоды и показано, что неоднородная реакция речного стока этих рек в разных природных зонах Русской равнины на многолетние колебания характеристик климата обусловлена следующими основными причинами: 1- различиями в условиях увлажнения территорий этих зон; 2 – различиями в залесенности водосборов и в мощности зоны аэрации от поверхности до подземных водоносных горизонтов, дренирующихся речными долинами; 3 - хозяйственной деятельностью человека. В маловодную по осадкам фазу во всех природных зонах основное питание рек осуществляется за счет ПВСС. В южной части лесной зоны лесной и лесостепной зонах наличие лесов приводит к уменьшению его общего объема, который мог бы сформироваться при их отсутствии. В степной зоне, наоборот, отсутствие лесов приводит к тому, что весь объем ПВСС, формирующийся на склонах, практически полностью стекает в малые реки.

В многоводную по осадкам фазу в результате повышения средней годовой и за холодный сезон температуры воздуха происходит перестройка структуры водного баланса малых водосборов. Она заключается в том, что значительная часть аккумулированных за зиму в снеге осадков расходуется уже не на ПВСС, а идет на пополнение почвенных и подземных вод. За счет эффекта запаздывания, вызванного увеличением времени дренирования талых и дождевых вод, формирующихся на водосборе, реакция годового речного стока наступает не одновременно с началом наступления изменений показателей климата, а с определенным временным запаздыванием. Для южной части лесной и лесостепной зонах время запаздывания  составило 6-8 лет. В степной зоне отсутствием лесов и большой мощностью зоны аэрации обусловлена асинхронность речного стока по отношению к другим природным зонам, а влияние климатических изменений на годовой речной сток происходит с большой задержкой. В многоводный по осадкам период происходит медленное накопление подземных вод и снижение речного стока, в маловодный по осадкам период – их сработка и увеличение речного стока. В связи с тем, что многоводный по осадкам период продолжается до настоящего времени, сделан вывод о том, что реакция речного стока на многолетние изменения климата в этой природной зоне составляет 25 и более лет. В работе приведены примеры того, как хозяйственная деятельность на водосборах могут увеличивать или уменьшать время реакции годового речного стока на изменения показателей регионального климата.

4.7 Влияние колебаний климата и хозяйственной деятельности на ПВСС и весенний речной сток

Проведен анализ совмещенных РИК средних годовых величин ПВСС на водобалансовых объектах с разным видом подстилающей поверхности (зябь и уплотненная почва) для нескольких БВС, расположенных в рассматриваемых природных зонах и весеннего речного стока малых рек, протекающих вблизи этих стационаров [С.В.Ясинский, Е.А.Кашутина, 2008]. Показано, что влияние хозяйственной деятельности в руслах этих рек на весенний речной сток значительно превосходит влияние колебаний характеристик климата в этот сезон, в то время как  синхронность этих колебаний с ПВСС, независимо от вида подстилающей поверхности во всех природных зонах, свидетельствует о преобладающем их влияние на формирование этого процесса на водосборах малых равнинных рек.

Глава 5. Геоэкологический анализ антропогенных воздействий на водосборы малых равнинных рек

Максимальная экологическая и экономическая эффективность планирования и проведения природоохранных мероприятий, направленных на улучшение состояния малых равнинных рек, в значительной степени зависят от тщательности учета природных и антропогенных факторов, обусловливающих геоэкологическое состояние их водосборов. Поэтому очень важно иметь объективную оценку геоэкологического состояния того или иного малого водосбора, на основе которой можно выявить те из них, где требуется первоочередное, неотложное проведение водо и природоохранных мероприятий. Получение такой оценки сопряжено со значительными трудностями. Прежде всего, они вызваны большим числом разнообразных источников антропогенного загрязнения, а также недостатком и неполнотой информации о мощности и интенсивности каждого из них. В значительной мере преодоление этих трудностей возможно при применении геоэкологического анализа (ГЭА). Дан обзор современных представлений о сущности ГЭА, на основе которого показано, что ГЭА представляет собой междисциплинарный вид деятельности, направленный на агрегирование разнообразной и разнородной информации о природных условиях и антропогенных воздействиях в достаточно целостную объективную картину, отражающую остроту экологической ситуации на рассматриваемой территории (водосборе). В то же время методика проведения такого геоэкологического анализа, применительно к водосборам водных объектов в полной мере не разработана. В работе приводится вариант такой методики, разработанной на примере бассейна р. Истры [С.В.Ясинский,2000;2003].

5.1 Методика геоэкологического анализа антропогенных воздействий на малые равнинные водосборы (на примере бассейна р. Истры)

Методика основана на построении матрицы антропогенных нагрузок на водосборы малых рек бассейна р. Истры и геоэкологическом (комплексном) районировании его территории по преобладающим источникам антропогенных воздействий и по степени экологической опасности. В работе приведен алгоритм действий по реализации данной методики. Водосборы малых рек в бассейне р. Истры выделялись по топографической карте масштаба М.1:100000 путем оконтуривания границ их водосборов и русловой гидрографической сети. В результате весь бассейн основной р. Истры был дифференцирован на 16 водосборов ее притоков и зону взаимовлияния Истринского водохранилища (подробнее об этом понятии будет сказано ниже).

Для каждого из водосборов по данным на 1995 г. была определена антропогенная нагрузка от разных видов источников загрязнения – промышленности и ЖКХ, сельского хозяйства, рекреации и селитебных территорий. Кроме того, для каждого водосбора получена оценка его залесенности (в %), которая рассматривается как природный фактор, способный в определенной степени компенсировать антропогенные нагрузки.

В работе дана детальная характеристика методов количественной оценки антропогенной нагрузки от рассматриваемых источников загрязнения. Отметим только, что для промышленности она оценивалась по величине объема сточных вод; сельского хозяйства – по объему выхода твердых и жидких отходов и содержащегося в них действующего вещества (NPK) в животноводстве; селитебных территорий и рекреации – по содержанию биогенных элементов(БЭ - NPK) в хозяйственно – бытовых сточных водах, поступающих в реки после прохождения очистных сооружений.

Информация об абсолютных и относительных (баллах) значениях показателей антропогенных нагрузок и залесенности для каждого частного водосбора сведена в матрицу (табл. 4). На основе матрицы антропогенных нагрузок и залесенности в рассматриваемом бассейне выделено 4 типа водосборов с преобладанием того или иного вида антропогенного воздействия (рис.5). Внутри типов все водосборы в зависимости от сочетания баллов антропогенной нагрузки и залесенности подразделяются на 12 классов, для каждого из которых получены балльные оценки экологической опасности (табл. 5).

По результатам двухэтапной (по типам преобладающих антропогенных нагрузок и сочетанию их видов) классификации водосборов выполнено районирование бассейна р. Истры по степени экологической опасности (рис. 6).

Таблица 4.

Матрица факторов антропогенных нагрузок и залесенности в бассейне р. Истры (1995 г.)

N

Водосбор

Воздейст-вие животноводства

Воздействие селитебных территорий

Рекреационная нагрузка

Воздействие промышленности

Природный фактор

Содержание в отходах животноводства NPK, т/год/баллы

Содержание NPK в сточных водах сельских населенных пунктов, т/год/баллы

Суммарное поступление загрязнений от объектов рекреации, кг/га год/баллы

Объем сточных вод, млн. м3/год/ баллы

Залесенность, %/баллы

1

Зона взаимовлияния Истринского вдхр.

15386/5

21.8/4

181/5

0,58/2

43/3

2

Р. Истра (без притоков).

653/3

66.7/5

99.7/3

6,73/4

48/3

3

Р.Малая Истра

834/3

29.5/4

102/3

10,0 /5

60/3

4

Р. Молодильня

193/1

3.3/1

99.5/3

0,83/2

35/2

5

Р. Маглуша

15056/5

85.9/5

118/4

4,0/4

65/4

6

Р. Нудоль

417/2

19.7/3

90.0/3

0,13/1

82/5

7

Р. Раменка

141/1

1.5/1

90.0/3

0/0

70/4

8

Р. Черная

97/1

5.7/2

96.4/3

0/0

93/5

9

Р. Каменка

90.7/1

3.8/1

0/0

0/0

78/4

10

Р. Катыш

95.8/1

1.8/1

157/5

0/0

77/4

11

Р. Песочная

145/1

17.4/3

101/3

0,3/1

48/3

12

Р. Грязева

147/1

5.1/2

97.0/3

1,3/3

52/3

13

Р. Беляна

224/1

9.9/2

97.1/3

0/0

48/3

14

Р. Лопца

1614/3

14.0/3

0/0

0/0

50/3

15

Р. Палишня

460/2

4.6/1

0/0

0,13/1

80/4

16

Р. Катышка

90.8/1

4.1/1

0/0

0/0

63/4

17

Р. Чернушка

86.1/1

0.6/0

114/4

0/0

22/1

Рис. 5. Районирование водосбора р. Истры по преобладающим видам антропогенных воздействий

Таблица 5.

Классификация водосборов в бассейне р. Истры по сочетанию природно-антропогенных факторов и степени экологической опасности

Тип

Класс

НАЗВАНИЕ ТИПА, КЛАССА

№ водосбора

Экологи-ческая опасность

I

ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

1

Очень сильное промышленное загрязнение в сочетании с очень сильным загрязнением от животноводства и средним загрязнением другими факторами, а также низкой залесенностью

  3

4

2

Высокое промышленное загрязнение с высоким загрязнением от животновод­ческих комплексов, рекреации и очень высоким от селитьбы, средняя залесенность

  2

4

3

Среднее промышленное загрязнение в сочетании со средним от рекреации и слабым от животноводческих комплексов и селитьбы, средняя и высокая залесенность.

12

3

II

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОТ ЖИВОТНОВОДСТВА

4

Очень высокое загрязнение от животно­водства с высокой промышленной нагрузкой, низкой и средней залесенностью.

  5

5

5

Очень высокое загрязнение от животноводства и рекреации в сочетании со слабым промышленным загрязнением, средней залесенностью.

  1

4

6

Среднее загрязнение от животноводства в сочетании со средней от рекреации и селитьбы, высокая и средняя залесенность.

6

3

7

Средняя нагрузка по животноводству и селитьбе при отсутствии других факторов, средняя залесенность.

  14

2

8

Средняя нагрузка по животноводству при очень слабом воздействии промышленности и селитьбы, высокая залесенность.

15

2

III

РЕКРЕАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

9

Очень сильная рекреационная нагрузка при очень слабом влиянии других факторов, высокая и средняя залесенность

10

3

10

Средняя нагрузка от рекреации и селитьбы в сочетании со слабым воздействием животноводства и промышленности, средняя залесенность.

11, 4

3

11

Средняя рекреационная нагрузка при слабом воздействии животноводства и отсутствии промышленности, высокая и средняя залесенность – N 7, 8, 13

  7, 8, 13

2

IY

ЗАГРЯЗНЕНИЕ СО СЛАБЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВСЕХ ФАКТОРОВ

12

Практически "чистые" водосборы, высокая и средняя залесенность.

11, 16, 17

  1

Рис.6  Районирование водосбора р. Истры по степени экологической опасности.

Анализ картосхем на рис.5-6 позволяет объективно показать значительную пространственную неоднородность распределения антропогенной нагрузки в данном речном бассейне, выделить водосбор р. Маглуши, находящийся в критическом геоэкологическом состоянии, и показать, что более половины территории всего бассейна р. Истры находится под влиянием сильного и очень сильного антропогенного воздействия. Лишь небольшая часть территории бассейна, расположенная на северо – востоке, является относительно «чистой» от влияния антропогенных факторов. На основании этого анализа сделан вывод о том, что в целом геоэкологическая ситуация на территории всего бассейна р. Истры является весьма неблагоприятной с точки зрения ее влияния на компоненты природной среды и прежде всего на водные ресурсы этой реки.

5.2 Геоэкологический анализ зоны взаимовлияния Истринского водохранилища

Более простой вариант методики ГЭА, в котором используется минимально доступная информация о природных и антропогенных факторах, разработан для анализа геоэкологического состояния зоны взаимовлияния Истринского водохранилища [С.В. Ясинский 2004].

В естественных условиях водосбор и водный объект, особенно малая река, находятся в постоянной достаточно устойчивой взаимосвязи друг с другом. Создание водохранилищ нарушает сложившееся относительное равновесие во взаимодействии водосбора и водного объекта. В результате на водосборе образуется зона влияния водохранилища, в пределах которой изменяются климатические условия, режим подземных вод, наблюдаются затопление, подтопление, заболачивание, изменения почвенного и растительного покровов [Водохранилища…, 1986]. Часть площади водосбора, непосредственно примыкающая к урезу воды, на которой процессы взаимного влияния в системе «водосбор-водохранилище» проявляются наиболее отчетливо и протекают наиболее интенсивно, может быть названа «зоной наибольшего взаимовлияния» (ЗНВ) [Б.Г. Петров, 1986, 2004].

Размеры ЗНВ зависят от площади самого водного объекта и особенностей физико-географических условий района его расположения. Анализ совокупности процессов и факторов, определяющих взаимодействие Истринского водохранилища с окружающими его геосистемами, а также детальный учет рельефа этой территории, выполненные в работе, позволили выделить для него ЗНВ, граница которой проведена по линии первого местного водораздела, расположенного на расстоянии 3 – 6 км от уреза воды при НПГ. Общая площадь ЗНВ = 220.5 км2, что составляет 20% площади водосбора Истринского водохранилища и 10.7% площади всего бассейна р. Истры. В качестве топологической единицы рассмотрения геоэкологической ситуации выбран элементарный водосбор (ЭВ). На рассматриваемой территории ЗНВ Истринского водохранилища по топографической карте М. 1: 100000 было выделено 34 ЭВ малых рек (< 10 км), логов, крупных оврагов, балок.

Антропогенная нагрузка на ЗНВ Истринского водохранилища представлена тремя основными источниками загрязнения: животноводческой отраслью сельского хозяйства, рекреацией и селитебными территориями. Согласно приведенной выше методике ГЭА, для ЗНВ Истринского водохранилища разработана матрица антропогенных нагрузок. Однако, в отличие от подробной оценки антропогенных факторов, в данном случае ограничились более простыми показателями, а именно: для характеристики животноводческой отрасли сельского хозяйства использовалось численность крупного рогатого скота (КРС), рекреации и селитебных пунктов – число учреждений отдыха и населенных пунктов. В качестве природного фактора, компенсирующего антропогенные воздействия, как и ранее, в матрицу включена залесенность каждого ЭВ (%). На следующем этапе в зависимости от сочетания антропогенных факторов и залесенности проведена классификация всех выделенных ЭВ на 10 классов. Для каждого класса, в которые вошло от 1 до 12 ЭВ, экспертным путем получены балльные оценки экологической опасности. По доминирующему фактору (имеющему наивысший балл) 10 классов были объединены в 4 типа антропогенных воздействий: 1-ый тип - воздействие рекреации. В этот тип вошли 7 ЭВ. 2-й тип – воздействие животноводческих комплексов и селитебное, объединивший 12 ЭВ. 3-й тип – в него вошли 10 ЭВ  подверженных загрязнению от всех видов антропогенных факторов в сочетании с их низкой залесенностью; 4-ый тип объединил 5 ЭВ  с отсутствием какого – либо влияния хозяйственной деятельности. На основе выполненной классификации проведено районирование рассматриваемой территории по типам природно-антропогенных нагрузок (рис.7). Оно показывает, что максимальную антропогенную нагрузку испытывает верхний участок ЗНВ Истринского водохранилища, а в целом геоэкологическое состояние ее территории также может быть охарактеризовано как неблагополучное. Разработанные методики ГЭА антропогенных нагрузок для всего малого речного бассейна или для его части позволяют объективно выявлять водосборы притоков основной реки или ЭВ на территории ЗНВ водохранилищ находящиеся в наиболее неблагоприятном геоэкологическом состоянии. Поэтому именно на этих водосборах целесообразно осуществление первоочередных проектных и натурных водоохранных мероприятий. В результате проведения этих мероприятий должна значительно улучшаться геоэкологическая ситуация на малых водосборах и ЭВ с максимальной антропогенной нагрузкой и, вследствие этого, – водный режим и качество воды не только дренирующих их водотоков, но и на значительном протяжении основной реки и самого водохранилища. Важно отметить необходимость повторного проведения такого анализа с периодичностью не реже 1 раза в 5 лет. Это позволяет выявить динамику изменения геоэкологической ситуации на водосборах, а также оценить эффективность проведения водо- и природоохранных мероприятий, если они за этот период осуществлялись.

Рис. 7. Геоэкологическое районирование ЗНВ Истринского водохранилища по типам  природно-антропогенных нагрузок. 1- воздействие рекреации; 2- воздействие животноводческих комплексов и селитебное; 3- загрязнение от всех видов антропогенных факторов в сочетании с их низкой залесенностью; 4- отсутствие влияния хозяйственной деятельности.

Глава 6. Ландшафтно-гидрологический метод оценки средних многолетних характеристик  выноса биогенных элементов в овражнобалочную и речную сеть малой равнинной реки

Комплекс гидролого-эрозионных процессов, формирующихся на водосборах, относится к неточечным источникам загрязнения водных объектов. Они обусловливает миграцию и вынос в речную сеть малых равнинных рек не только органического вещества (ОВ) и биогенных элементов (БЭ), но и ядохимикатов, тяжелых металлов и радионуклидов. Потоки разнообразных веществ, выносимых с водосбора, трансформируются овражно-балочной сетью и, поступая в водные объекты, приводят не только к ускоренной эвтрофикации, но и совместно с притоком из точечных источников обусловливают общее загрязнение рек и водоемов. Совокупность процессов поступления и трансформации химических веществ с водосбора из неточечных источников в системе «водосбор – водный объект» характеризуется как диффузное (рассеянное) загрязнение водных ресурсов.

В работе выполнен  анализ  современных подходов к оценке характеристик диффузного загрязнения водных объектов, отмечены достоинства и недостатки таких методов их расчета, как «коэффициентов выноса» [Н.И. Хрисанов, Г.К. Осипов,1993; А.А. Цхай, 1995], физико-статистического [Г.А. Чуян и др., 1985; Г.Г. Борисова, 2003], математического моделирования [Н.А. Назаров, 1996; С.А. Кондратьев, 1990, В.Г. Пряжинская, 2001]. На основе такого анализа дано обоснование необходимости разработки новых, более простых методов, обеспечивающих, вместе с тем, достаточную для практики точность расчета как частных гидролого-геохимических процессов, так и общего диффузного загрязнения водных объектов.

В работе разработан ландшафтно – гидрологический метод (ЛГМ) оценки среднего многолетнего объема выноса основных БЭ – азота и фосфора с малого речного водосбора в период весеннего снеготаяния и получены оценки вклада диффузного поступления этих БЭ в формирование биогенного загрязнения его реки, основанный на гидролого – географическом подходе [В.Г. Глушков, 1961; М.И. Львович, 1963; А.И.Субботин,1966].

Основу ЛГМ составляют выражения, разработанные в физико-статистическом методе [Г.А. Чуян и др., 1985]. Согласно ему, оценка выноса биогенных веществ с жидким стоком (Вж) производится по формуле:

Вж = 10 – 3  C Wp Fр  (4),

где: Вж - вынос биогенного вещества в кг; C  - концентрация БЭ в стоке, мг/л; Wp- объем стока заданной вероятностью превышения, м3/ га; Fр  - площадь,, га.

Расчет выноса БЭ с твердым стоком (Вт) производится аналогично:

Вт = 10 - 3 m Mp Fр (5),

где: m - содержание биогенного вещества в твердом стоке, мг/кг наносов, определяется по их концентрациям в верхнем 10см слое почвы; Mp - модуль твердого стока за период весеннего половодья заданной вероятности превышения, т/га. Общий вынос БЭ с водосбора рассчитывается как сумма их потоков с жидким и твердым стоком: Вс  = Вж + Вт.

Объектами, на примере которых проводилось разработка ЛГМ оценки выноса БЭ, являлись водосбор р. Истры и 16 малых речных бассейнов, образующих его гидрографическую сеть. Разработка ландшафтно – гидрологического метода (ЛГМ) оценки объема выноса БЭ проводилась для периода весеннего снеготаяния, в течение которого на большей части южной части лесной зоны Русской равнины, формируется 60 – 80% весеннего и 40-60% годового стока малых рек [Н.И.Коронкевич, 1990; В.А. Жук, Н.Л. Фролова, 1993].

6.1 Методика расчета средних многолетних характеристик гидролого – эрозионных процессов, формирующихся на водосборе и выноса БЭ в овражно – балочную и речную сеть

Расчет средних многолетних характеристик процессов выноса БЭ в ОБС и речную сеть малых водосборов и всего бассейна р. Истры производится в следующей последовательности.

а. Оценка площади геосистем.

По картам М 1: 100000 выделяются границы и гидрографическая сеть малых водосборов и для каждого из них определяются  площади лесных, сельскохозяйственных (зябь и уплотненная почва), урбанизированных геосистем и площадь ОБС.

б. Расчет ПВСС.

Для каждого типа геосистем всех водосборов проводится расчет ПВСС по зависимостям Увс = f (Урс), аппроксимированных выражениями (1-3), приведенными в главе 1.

Средний многолетний речной сток в период весеннего половодья рассчитывается по величине среднего многолетнего годового стока с коэффициентом 0.5 [Г.С.Шилькрот, С.В.Ясинский, 2002]:

                  Урс = 0.5 Yр                        (6),

Средний многолетний годовой речной сток оценивался по зависимости от средней высоты водосбора Yр = f (Hср) [Оценка ресурсов…,1989]:

Yр = 1,99*Hср -219  (7),

где  Yр - величина среднего многолетнего годового речного стока, мм; Нср - средняя высота водосбора, м.

Величина ПВСС для урбанизированных геосистем определялась приближенно, как пропорция между ПВСС в агрогеосистемах и коэффициентами стока с урбанизированных (урб = 0.75) и сельскохозяйственных геосистем (cх= 0.58) d= урб /cх. [Г.М. Черногаева,1976; А.И. Субботин, В.С. Дыгало, 1991].

Оценки ПВСС в ОБС получены по величине снегозапасов, сложенных с осадками за период снеготаяния в этом типе ландшафта (Sобс мм) и его коэффициенту():

Yобс = Sобс

Sобс = а  Sп (8),

где: а – переходной коэффициент, между значениями снегозапасов + осадки за период снеготаяния в поле (Sп) и в ОБС (Sобс): а = 1.5 [Н.И. Коронкевич, 1990]; - коэффициент ПВСС в ОБС: = 0.9 [А.И. Субботин, В.С. Дыгало, 1991]. Величина снегозапасов + осадки в поле (Sп) рассчитывается по зависимости от величины среднего многолетнего речного стока (Yр): Sп =f (Yр) [Н.И. Коронкевич, 1990], аппроксимированной следующим уравнением:

  Sп = 1.33 Yр – 82.2 (9).

в. Расчет эрозии почвы.

Для каждого типа агросистем всех водосборов производится расчет эрозии почвы по зависимости смыва распаханной под зябь почвы (М, т/га) от слоя ПВСС (Yвс,мм): М = аYвс n, где - а, n - эмпирические параметры [Н.Н.Бобровицкая, 1977]. Значения входящих в зависимость М=f(Yвс) параметров для зяби на дерново – подзолистых почвах были определены следующими: а =10-1 0,42; n = 1.3:

Мз = 10-1 0,42 Yвс1.3 (10)

Для агрогеосистем с уплотненной почвой использовался коэффициент Кз = 0.15, учитывающий почвозащитные свойства растительного покрова по отношению к зяби [Н.И.Хрисанов, Г.К.Осипов, 1993]:

Муп =0.15 Мз =  10-2 0,63 Yвс1,3         (11).

При расчетах эрозии почвы с урбанизированных геосистем использовалось среднее значение мутности талых вод =2.5 г/дм3, полученное как среднее для различных функциональных зон этих геосистем [Вода России. Малые реки, 2001]:

                       Мурб.= Wвсу. (12),

где Wвсу – объем ПВСС.

г. Оценка концентраций БЭ в жидком и твердом стоке.

В работе были использованы средние многолетние значения концентрации в ПВСС БЭ, полученные для естественных (лесных) и природно-антропогенных агрогеосистем южной части лесной зоны Русской равнины. Было принято, что среднемноголетняя концентрация подвижных форм Nобщ. для лесных геосистем составляет 2.20 мг/ дм3, Робщ – 0.06 мг/ дм3; для агрогеосистем с уплотненной почвой: Nобщ -1.72 мг/ дм3, Робщ – 0.11 мг/ дм3; с зябью: Nобщ – 2.99 мг/ дм3, Робщ. – 0.165 мг/ дм3 [М.А. Хрусталева, 1990]. Для урбанизированных территорий использованы аналогичные данные, полученные для г. Валдая, расположенного в той же природной зоне: Nобщ – 3.5 мг/ дм3, Робщ. – 0.104 мг/ дм3 [Г.С. Шилькрот, 1979].

Оценка содержания в почвах подвижного Р-Р205 проведена двумя путями: 1 - по результатам статистического анализа данных, полученных из агрохимических картограмм за 1990-1994 гг. для 13 коллективных сельскохозяйственных предприятий, охватывающих более 900 сельскохозяйственных полей; 2 - по данным агрохимических анализов смешанных образцов почвы агрогеосистем всех малых водосборов бассейна р.Истры. Анализ данных агрохимических картограмм показал, что содержание Р-Р205 для 4% рассмотренных полей находилось в пределах 51-100мг/кг; для 11% -  101-150 мг/кг; для 28% -  151-250 мг/кг; для 57% > 250 мг/кг. Согласно классификации, принятой Агрохимслужбой для оценки плодородия почв дерново-подзолистые почвы, с содержанием Р-Р205 > 250 мг/кг относятся к категории – «очень высокой обеспеченности» [В.И.Никитишен, 2003]. Агрохимический анализ образцов почвы, отобранных в осенние и весенние периоды в 1995-96гг, показал, что содержание Р-Р205 менялось в диапазоне 120 -330 мг/кг. Валовое содержание Р в почве, агрогеосистем малых водосборов принято равным: Рвал.- 600 мг/кг [К.Е. Гинзбург, 1981]. Валовое содержание N для агрогеосистем была оценено по материалам многолетнего стационарного опыта в исследуемом бассейне и принято равным: Nвал – 1100 мг/кг [А.К.Ярцева и др,1974]. Значения подвижного Nпод. для всех видов агрогеосистем были приняты равными 0.1 от Nвал. [Г.А.Чуян и др., 1985]. Содержание БЭ в почвах урбанизированных геосистем в бассейне р.Истры получено по данным агрохимического анализа 4 смешанных проб, отобранных в 2004г в различных функциональных зонах г.Истры. Содержание в почве разных функциональных зон г. Истры N - Nвал менялось в диапазоне 1400 – 1970 мг/кг, Р - Рвал. – 362-767 мг/кг; Рпод-Р205 – 75 – 185 мг/кг. В расчетах выноса БЭ с этих геосистем для всех водосборов использовались их средневзвешенные значения, полученные с учетом площади той или иной функциональной зоны  г. Истры.

д. Трансформация потока БЭ овражно-балочной сетью.

В связи с тем, что коэффициент стока талых вод в целом для ОБС равен: =0.9 [А.И. Субботин, В.С. Дыгало, 1991] в качестве характеристики ПВСС, поступающего в речную сеть принята средневзвешенная оценка его значений для всего водосбора.

Концентрация БЭ в притоке воды в речную сеть, мало отличается от значений, которые определены для ПВСС, формирующегося на водосборе и в первом приближении коэффициент доставки БЭ может быть принят Dж.с. = 1 [Вода России. Малые реки, 2001].

Оценка притока твердого стока (Мр) в речную сеть бассейна р. Истры была получена по выражению:

        Мр = Dн Мсрв  (13),

где Dн – коэффициент доставки наносов, Мсрв – средневзвешенные значения величины твердого стока, поступающего с водосбора. Величина Dн рассчитывалась по зависимости Dн = f (F ) [В.Н. Голосов,2003]:

                  Dн= 0.65 F –0.27  (14).

Результаты расчетов средних многолетних потоков N и P, поступающих с водосборов в речную сеть с жидким и твердым стоком в весенний период показывают, что всего в речную сеть бассейна р.Истры с жидким стоком в период снеготаяния поступает с водосбора и ОБС валовых форм: ВдифжN - 576 т и ВдифжP - 23.6 т; с твердым стоком: ВдифтсN -50.4 т и ВдифтсР -27.5 т. Общий средний многолетний объем валового ВдифN составляет 627 т, а ВдифP – 51.1 т., т.е. вынос N в целом на порядок выше, чем Р, что обусловлено довольно высокой залесенностью бассейна р. Истры, обусловливающей меньший вынос Р с эрозией почвы с агрогеосистем. При этом, доля подвижных форм БЭ ВдифпN в жидком и твердом стоке составляет 47.4 % ВдифN, доля ВдифпР – 34.6 % ВдифP. По результатам расчетов выполнено районирование бассейна р. Истры по значениям притока валовых форм БЭ в речную сеть (рис 8).

6.2 Оценка точности ЛГМ расчета характеристик гидролого – эрозионных процессов и потоков БЭ, поступающих  в овражно – балочную и речную сеть

Точность расчета ПВСС оценивалась путем сравнения с данными экспериментальных наблюдений в бассейне р. Истры [С.В. Ясинский, 2004], а для эрозии почвы – по данным Учебного центра Географического факультета МГУ в бассейне р. Протвы [Л.Ф.Литвин, В.Н.Голосов и др., 1998]. Анализ показал, что ЛГМ позволяет получать значения средних многолетних значений этих процессов с приемлемой для практики точностью – в среднем 10-20%.

Точность расчета потоков БЭ в речную сеть оценивалась путем сравнения средних многолетних характеристик этих потоков в весенний период, полученных ЛГМ и рассчитанных как остаточный член уравнения руслового баланса масс (РБМ)[С.В.Ясинский, Ф.Н. Гуров, 2006; С.В.Ясинский и др., 2007]:

Вр = Вфон + Впод + Вр.п+ Вдиф + Вств- Вбвп (15),

где: Вр = Wр х Ср – средний многолетний поток БЭ в русле (т), Wр – средний многолетний объем речного стока (млн.м3), Ср – концентрация БЭ в речном стоке (мг/дм3); Вфон = Wфон х Сфон – фоновый средний многолетний поток БЭ в русле, Wфон – постоянный минимальный средний многолетний объем речного стока в этот период года в русле, Сфон – концентрация БЭ в фоновом объеме речного стока на участке русла, где исключено влияние любой антропогенной деятельности (здесь и далее размерность аналогична Вр); Впод = Wпод х Спод - Впод – средний многолетний поток БЭ, поступающий в русло с подземными водами, Wпод – средний многолетний объем притока в русло подземных вод, Спод – концентрация БЭ в притоке подземных вод; Вр.п = Wр.п х Ср.п – средний многолетний поток БЭ, поступающий в русло с речным стоком притоков, Wр.п – средний многолетний объем речного стока притоков; Ср.п – концентрация БЭ в речном стоке притоков; Вдифб – средний многолетний поток БЭ с водосбора, оценивается как остаточный член РБМ; Вств =  Wств х Сств – средний многолетний поток БЭ, поступающий в русло со сточными водами, Wств – средний многолетний объем сточных вод, Сств – концентрация БЭ в сточных водах; Вбвп = Wбвп х Сбвп – средний многолетний объем БЭ, изымаемый из руслового потока при безвозвратном водопотреблении, Wбвп – объем безвозвратного водопотребления, Сбвп – концентрация БЭ в объеме воды при безвозвратном водопотреблении.

Рис.8  Районирование бассейна р. Истры по величине притока валовых форм БЭ в речную сеть, кг/км2.

Расчет РБМ осуществлялся только для 3-ех сравнительно небольших рек (Маглуша, Песочная, Беляна). Информация о составляющих элементах РБМ бралась как из данных наблюдений [Г.С.Шилькрот, С.В.Ясинский, 2002], так и из литературных источников. Результаты расчета РБМ и его составляющих, а также ошибок оценок потоков N и Р, полученных двумя различными методами, показали, что для ВдифN – они находятся в диапазоне от 10.3% для р. Маглуши до 179% - для р. Песочной; Для ВдифP – диапазон изменения этих ошибок составляет 34.6% - для р. Маглуши и 68.6 % - для р.Песочной. С учетом низкой точности оценок составляющих РБМ [В.М.Евстигнеев, 1990] сделан вывод о том, что на основе ЛГМ получены весьма реалистичные оценки средних многолетних характеристик выноса БЭ с водосбора в ОБС и речную сеть рассматриваемого малого речного бассейна

6.3 Оценка вклада диффузного поступления БЭ в формирование биогенного загрязнения р. Истры

Вклад диффузного поступления БЭ в биогенное загрязнение р. Истры оценивался по соотношению:

=Вдиф/ Вр 100%  (17),

где - Вдиф- диффузный поток БЭ, поступающий в реку с водосбора; Вр – поток БЭ в русле реки, отнесенный к ее устью.

В работе показано, что вклад диффузного загрязнения малых рек в бассейне р. Истры может быть весьма значительным и составлять от 40 до 90% общего поступления БЭ в эти реки. Полученные для водосбора р. Истры оценки среднего многолетнего диффузного загрязнения могут быть распространены на другие малые реки и водные объекты южной части лесной зоны Русской равнины с приблизительно одинаковой степенью хозяйственного освоения.

Глава 7. Эффективность мероприятий по улучшению гидрологического режима водосборов малых равнинных рек

Одним из перспективных направлений действий по улучшению гидрологического режима водосборов малых равнинных рек является широкое внедрение в производство сельскохозяйственной продукции таких технологий земледелия, которые в значительно большей степени, чем традиционные, приближают функционирование агрогеосистем к природным, естественным геосистемам. Эти технологии основаны на принципе минимального воздействия на почвенный покров с одновременным созданием на его поверхности разного рода почвозащитных мульчирующих покрытий. Такие покрытия рассматриваются как аналог отмерших частей растительного покрова, присущего природным геосистемам, в которых процессы обмена веществом и энергией в системе «атмосфера – растительность/снежный покров – почва» сбалансированы и при производстве биомассы используются более оптимально, чем в агрогеосистемах [Сельскохозяйственные экосистемы, 1978; Е.М. Гусев, 1993].

7.1 Оценка эффективности использования тепла и влаги геосистемами Центральной лесостепи

Для иллюстрации этого положения в работе на примере естественных и природно – антропогенных геосистем Центральной лесостепи приведены результаты анализа сезонных изменений влагообмена в разные по условиям тепло и влагообеспеченности годы. [С.В.Ясинский,1991]. Объектами исследования являлись: 1 – геосистемы суходольных логов Стрелецкого участка Центрально-Черноземного биосферного заповедника (ЦЧБЗ), около 40 лет находящиеся как в нетронутом, практически естественном состоянии (абсолютно заповедная степь – некосимая целина; лес - снытьевая дубрава), так и испытывающие постоянное влияние хозяйственной деятельности (луговая степь с периодическим сенокошением – косимая целина; постоянно используемая под выпас скота – выпасаемая целина). 2 – в качестве природно-антропогенной геосистемы рассматривалась агроэкосистема озимой пшеницы на ежегодно распахиваемом малом водосборе. Влагообмен в рассматриваемых геосистемах оценивался по структурным показателям, получаемых из системы уравнений водного баланса М.И.Львовича [М.И.Львович 1963, Методы исследований…, 1973]. Ими являлись: для периода снеготаяния - коэффициент стока, гдеYПВСС, X – осадки, а для всех остальных периодов (устойчивого снежного покрова, летнего и осеннего) - коэффициент увлажнения, (где W – влагозапасы в почве), который для коротких промежутков времени рассчитывался по формуле:

              (17),

где Wk и Wn – конечное и начальное значение влагозапасов (мм), в слое почвы 100 см за рассматриваемый период i, Хi – суммы осадков в (мм) за этот же период.

Полученные значения этих коэффициентов за период  1963 – 1985 гг. усреднялись по выделенным периодам для лет, с однотипным характером внутригодовых условий тепло - влагообеспеченности этих лет. Для оценки внутригодовых условий тепло – влагообеспеченности, использован показатель тепло – влагообеспеченности Д.А.Педя. Для теплого периода этот показатель рассчитывался по формуле [Д.А.Педь, 1975, Н.А.Багров, 1988]:

  .  (18),

где T  и  X - отклонения от среднемноголетних значений температуры T и осадков X; T и  X - их среднее квадратичное отклонение.

Для холодного периода используются те же характеристики, что и в формуле (18), только знак между ними меняется на противоположный [Попов, 1975]:

                        (19).

В работе приведена методика  типизации лет с однотипным характером внутригодового распределения показателя S, использование которой позволило выделить 4 их группы: «теплая» (8 лет), «резко контрастная» (4 года), «умеренно контрастная» (7 лет), «холодная» (3 года).

Результаты проведенного анализа подтверждают вывод о том, что природные геосистемы более «рационально» используют поступающие в них атмосферные осадки. В наибольшей степени этот эффект проявляется в «теплые» годы на некосимой целине. В осенний период в агроэкосистеме происходит наибольшее накопление влаги. Наиболее резкие отличия в процессах влагообмена в рассмотренных геосистемах между группами лет наблюдаются в период весеннего снеготаяния и летом. Отсутствие ПВСС практически во все годы наблюдений в геосистемах с естественным растительным покровом показывает, что применение почвозащитных мульчирующих покрытий из растительных остатков в агроэкосистемах может дать наибольший гидрологический эффект именно в весенний, «критический» для их функционирования период года [С.В.Ясинский,1991]. Этот эффект заключается в ликвидации или снижении ПВСС до критического значения (для лесостепи - 25 мм), при котором не происходит формирования эрозии почвы и развития других негативных процессов на водосборах (оврагообразования, снижения плодородия почвы, загрязнения водных объектов, заиления и обмеления малых рек и др.) [Рекомендации …, 2000]. Достижение этого эффекта во многом будет определяться выбором той или иной почвозащитной технологии и методов оценки их гидрологической эффективности.

В качестве методов оценки используются модели формирования процессов гидрологического цикла в конкретный период года или за весь год в целом. Современный этап разработки моделей процессов гидрологического цикла, в том числе и формирования ПВСС на водосборе, все в большей степени основывается на подходах, в которых осуществляется синтез детерминистического и стохастического описания обусловливающих их частных процессов и факторов. Такие модели принято называть динамико-стохастическими. В трудах Y Гидрологического съезда разработка полной физически обоснованной динамико-стохастической модели стока была сформулирована как основная задача гидрологии и других наук о Земле на ближайшую перспективу [Ю.Б.Виноградов, Л.С.Кучмент, А.В.Рождественский, 1990]. В работе рассмотрен вариант полуэмпирической динамико-стохастической модели (Д – С - М) формирования ПВСС, разработанной на основе данных многолетних экспериментальных исследований автора на воднобалансовых объектах Курской биосферной станции Института географии РАН (КБС ИГРАН) [С.В. Ясинский, Е.М. Гусев, 2003].

7.2 Полуэмпирическая динамико-стохастическая модель формирования поверхностного весеннего склонового стока

При разработке модели приняты следующие основные положения. Склон малого речного водосбора рассматривается как совокупность участков с различными стокоформирующими свойствами [И.Л. Калюжный, Н.М. Сушков, 1986]. Формирование таких различий обусловлено нерегулярным стохастическим характером распределения снежного покрова на склоне и водопроницаемости мерзлой почвы. Основными факторами, обусловливающими водопроницаемость почвы, являются тип почвенного покрова, глубина промерзания и влажность верхних горизонтов почвы к моменту начала снеготаяния. Процесс впитывания на всем склоне в значительной степени обусловлен вариациями глубины промерзания, поскольку влажность почвы по длине склона меняется незначительно. В этой связи предполагается, что пространственное распределение участков склона с различной водопроницаемостью подчиняется тем же статистическим закономерностям, что и поле снежного покрова.

Исходными данными для расчета гидрографа и объема ПВСС с использованием Д-С-М являются: осадки и температура воздуха за зимний период и за время снеготаяния, максимальные запасы воды в снеге (снегозапасы), значения влажности почвы на начало таяния снежного покрова, а также гидрофизические характеристики снега и почвы. В Д-С-М последовательно рассчитываются: статистическая структура поля снежного покрова на склоне с помощью метода Монте-Карло, а затем динамика глубины промерзания почвы в зимний период и ее оттаивания после схода снежного покрова, водоотдача из снега, водопроницаемость почвы на элементарном участке склона, гидрограф и объем талых вод со всего склона. Расчет ведется для условий возникновения или отсутствия водонепроницаемого или «запирающего» слоя в верхних горизонтах почвы [И.Л. Калюжный, К.К.Павлова, 1981]. Расчеты показали, что Д - С - М весьма реалистично описывает процесс формирования склонового стока в период весеннего снеготаяния. В частности, коэффициент корреляции между рассчитанными и измеренными значениями гидрографов стока составил в среднем Rk  = 0.85, а критерий качества расчета- =0,52,

где S- среднеквадратичное отклонение рассчитанных и измеренных величин суточного ПВСС, Ds – дисперсия измеренных величин ПВСС за сутки. При этом учет в Д – С - М случайной вариации снегозапасов увеличивает точность расчета объемов ПВСС на 30%.

Достаточно высокая степень адекватности модели данным фактических наблюдений позволяет рассматривать ее как надежный метод оценки эффективности различных агротехнических и других мелиоративных (в широком смысле) мероприятий, используемых для улучшения структуры водного баланса склонов и малых водосборов в весенний период.

7.3 Гидрологическая эффективность регулирования ПВСС на основе применения нетрадиционных сельскохозяйственных технологий

Наиболее перспективными нетрадиционными агротехнологиями в земледелии для улучшения гидрологического режима водосборов в период снеготаяния являются: создание с осени в агрогеосистемах кулис из высокостебельных растений (подсолнечника, просо, горчицы и др.) и мульчирование почвы растительными остатками (соломой и др.).

Оценка гидрологической эффективности кулис из высокостебельных растений оценивалось на основе Д-С-М моделирования процессов формирования ПВСС на примере экспериментального водосбора КБС ИГРАН для условий с естественным залеганием снежного покрова и в предположение, что на нем по горизонталям поперек склона расположены кулисы. Расстояние между кулисами принималось 6.2 м [А.М. Шульгин, 1972, И.Л. Калюжный, Н.М. Сушков, 1986]. Процедура расчета ПВСС и приращения влагозапасов в почве оставалась той же самой, что и при моделировании этих процессов для условий естественного залегания снежного покрова без кулис, за исключением методики моделирования снегозапасов и расчета водоотдачи из снега. При наличии кулис происходит увеличение запаса воды в снеге. Для оценки приращения снегозапасов при кулисовании были обобщены приведенные в литературе данные [А.М.Шульгин, 1972] и получена эмпирическая формула, позволяющая рассчитать это приращение по данным о среднем запасе воды в снеге для естественных условий его залегания. [С.В.Ясинский, 1994]:

  ] (19),

где – среднее значение снегозапасов на объекте с кулисами, - среднее значения снегозапасов при естественном залегании снега (мм).

Распределение снегозапасов по длине склона моделировалось с использованием авторегрессионной зависимости, учитывающей  внутрирядную корреляцию между ними на соседних участках склона [И.Л.Калюжный, Н.М. Сушков 1986]. При этом рассматривались отдельно снегозапасы в межкулисном пространстве и над кулисами, которые над данными элементами склона принимаются постоянными [Е.М. Гусев, 1993]. Расчет водоотдачи из снега, в данной задаче осуществлялся по коэффициенту водоотдачи, равному 5мм/град положительной среднесуточной температуры воздуха [С.В.Ясинский, 1991]. Проведенные расчеты подтвердили известный факт, что несмотря на значительный положительный гидрологический эффект от применения кулис, в отдельные годы эта агротехнология может  увеличивать ПВСС и, как следствие, обусловленную им эрозию почвы. В то же время вероятность достижения положительного эффекта от применения кулис достаточно велика и эта агротехнология может рассматриваться как альтернатива механическому снегозадержанию, которое до недавнего времени широко применялась на практике. Еще одной перспективной агротехнологией, способствующей созданию благоприятных условий для впитывания воды в почву, снижению ПВСС и эрозии почвы является мульчирование с осени ее поверхности растительными остатками.

Выявление эффективности мульчирования почвы из соломы на изменение гидротермического режима почвы в холодный период года основано на результатах экспериментальных исследований, выполненных на КБС ИГРАН в зимнее – весенний сезоны 1987/ 1988 гг. [С.В.Ясинский,1994]. Сущность этих работ заключалась в следующем: на трех небольших участках, площадью 1.5 х 1.5 м - паровом участке без растительности, аналогичном участке, покрытом мульчей из соломы высотой 8-10 см и на участке с естественным травяным покровом по постоянным снегомерным рейкам проводились ежедекадные наблюдения за высотой снежного покрова и глубиной промерзания почвы по мерзлотомеру Данилина. Результаты наблюдений приведены на рис. 9.

Рис. 9 Динамика высоты снежного покрова, см  глубина промерзания почвы, см на опытных площадках Курской биосферной станции ИГ РАН в зимнее - весенний периоды 1987/88 г.:  - высота снега – почва с мульчей,  . – почва с естественной растительностью, – открытый пар

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при однородных метеорологических условиях над участками (данные о высоте снега усреднены для всех участков), мульча из соломы примерно в два раза уменьшает глубину промерзания почвы по сравнению с оголенным паровым участком. В то же время термический режим почвы на участке под мульчей оказался близким к участку с естественной растительностью. Результаты приведенных выше экспериментальных исследований были использованы при физико-математическом моделировании изменений гидротермического режима почвы под влиянием мульчи из соломы в холодный период и уже после снеготаяния на небольших экспериментальных участках [Е.М.Гусев, С.В.Ясинский, 1990], но не охватывали период формирования самого ПВСС непосредственно на склонах водосборов малых равнинных рек. В этой связи в работе на основе расчетов по Д – С - М проведен сравнительный анализ гидрологической эффективности мульчирования почвы соломой и комплекса других традиционных агротехнических приемов осенней обработки почвы непосредственно для периода весеннего снеготаяния [С.В.Ясинский и др., 2008]. Для расчетов использовались данные, полученные автором на экспериментальных объектах КБС ИГРАН и Всероссийского института земледелия и защиты почв от эрозии (ВНИИЗ и ЗПЭ), приведенные М.М. Ломакиным (1988) за 1979 – 1985 гг. База необходимых для расчета данных включала 56 годопунктов (стоковых площадок и малого экспериментального водосбора) с разным видом подстилающей поверхности, образованных применением различных агротехнологий.

Для основных типов подстилающей поверхности (зябь и уплотненная почва) были проведены расчеты влияния изменения высоты мульчи из соломы на изменения глубины промерзания, слоя и коэффициента ПВСС, и элементов водного баланса склонов (рис. 10-12)


Рис. 10 Зависимость глубины промерзания от слоя мульчи из соломы. Здесь и далее: А – тип поверхности 1 (зяблевая пахота), Б – тип поверхности 2 (уплотненная почва)

Рис. 11 Зависимость весеннего склонового стока от мощности слоя мульчи из соломы

Рис. 12 Зависимость коэффициента весеннего склонового стока от слоя мульчи из соломы

Результаты расчетов показали, что мульчирование с осени почвы растительными остатками (соломой) является в гидрологическом отношении весьма эффективной агротехнологией. Ее применение оказывает существенное влияние на уменьшение ПВСС, как главного фактора обусловливающего формирование негативных процессов на водосборах малых равнинных рек. В то же время многие вопросы применения мульчирования почвы растительными остатками требуют своего дальнейшего изучения по результатам специально поставленных в разных природных зонах экспериментов и их теоретического обобщения. В этих работах необходимо также исследовать влияние мульчи из соломы на урожайность сельскохозяйственных культур и рост сорной растительности, окультуренность и плодородие почвы, изменение почвенной фауны, смыв почвы и диффузное загрязнение водных ресурсов малых рек. Их решение в сочетании с анализом экологической эффективности комплекса других природоохранных мероприятий (оптимизация пространственной структуры малых водосборов, создание полезащитных лесных полос и др.) будет способствовать формированию высокопродуктивных агроланшафтов и в целом улучшению социально-экологической среды в основных зернопроизводящих регионах страны.

Заключение

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

В диссертации выявлены основные закономерности формирования гидрологического режима водосборов малых равнинных рек, расположенных в основных природных зонах Европейской части России и разработаны пути его улучшения.

  1. Дана характеристика современного гидроэкологического состояния малых равнинных рек. Показано, что основные отличия малых от средних и крупных равнинных рек заключаются не только в размерах их морфологических характеристик, но прежде всего в более тесной связи характеристик водных, хемогенных и биогенных потоков в русловой сети этих рек от геоэкологического состояния их водосборов. Геоэкологическое состояние водосборов малых рек в значительно большей степени зависит от местных особенностей взаимодействия процессов гидрологического цикла со всеми компонентами слагающих их геосистем, а также косвенных антропогенных нагрузок от сельского и лесного хозяйства и рекреации, чем более крупных рек, водный режим и качество воды которых определяются зональными условиями изменения теплового и водного балансов их водосборов и прямыми антропогенными воздействиями от промышленности и ЖКХ. На примере бассейна р. Волги выявлена динамика прямых (водопотребление и водоотведение) и косвенных антропогенных нагрузок (площадь пашни, дозы внесения органических и минеральных удобрений, урожайность сельскохозяйственных культур) в постсоветский период и получены оценки влияния изменений этих нагрузок на гидроэкологическое состояние малых рек. В целом современное гидроэкологическое состояние малых равнинных рек оценивается как весьма неблагоприятное. Определенные перспективы ее решения связаны с разработкой предусмотренных Водным Кодексом (2006 г.) Схем комплексного использования и охраны водных объектов, в которых специфика малых рек для конкретного речного бассейна может быть учтена путем определения приоритетов в осуществлении водоохранных мероприятий.
  2. Показано, что основным гидрологических процессом, обеспечивающим тесную связь водосбора и малой равнинной реки, определяющего ее водный режим и качество воды на рассматриваемой территории, является поверхностный склоновый сток в период весеннего снеготаяния (ПВСС). Установлено, что зависимости между средними многолетними значениями ПВСС для разных видов подстилающей поверхности и речного стока малых равнинных рек в период весеннего половодья устойчивы во времени, а аппроксимации их степенными функциями могут быть использованы в гидрологических расчетах с приемлемой для практики точностью. Получены оценки вклада ПВСС в формировании водности и качества воды малых рек. Отмечено, что ПВСС является основным фактором возникновения таких негативных процессов, как уменьшение водности, загрязнение водных ресурсов, заиление долин и русел малых рек, обусловливающих не только их неблагоприятное гидроэкологическое состояние, но и ухудшение водного режима и качества воды более крупных рек.
  3. Разработана геосистемная концепция улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек, основанная на представлении о них как природно – антропогенных геосистемах локального уровня. Сформулирована цель экологически безопасного улучшения гидрологического режима водосборов малых равнинных рек, достижение которой должно основываться на профилактическом принципе, согласно которому необходимо, прежде всего, не допускать и устранять причины возникновения и развития негативных процессов на водосборах и в речной сети малых рек, а не бороться с их последствиями. Показано, что наиболее перспективным направлением в достижении этой цели является оптимизация пространственной ландшафтной структуры территории малых равнинных водосборов в сочетании с применением для агрогеосистем нетрадиционных агротехнологий. Выбор оптимального варианта ландшафтной структуры водосбора должен быть основан на достижении результатов моделирования гидролого-геохимических процессов, формирующихся на водосборе, для различных вариантов ее конфигурации, задаваемых с применением ГИС-технологий, значений ряда критериев, используемых для оценки гидроэкологического состояния водных объектов.

Сформулирован алгоритм действий по практическому применению этой концепции.

  1. Выявлены закономерности внутри и межзональных многолетних изменений показателей климата (температуры воздуха и осадков) и получены оценки времени реакции на них факторов гидротермического состояния водосборов на начало снеготаяния (максимальных снегозапасов, глубины промерзания и влажности почвы), ПВСС, годового и весеннего речного стока малых равнинных рек в разных природных зонах Русской равнины.

Показано, что в основных природных зонах Русской равнины:

а) определяющий вклад в изменение средней годовой температуры воздуха оказывают ее изменения в холодный сезон года.

б) наоборот, изменения средних годовых сумм осадков обусловлены более высокой степенью связности с осадками в теплый сезон.

в) отсутствует связь между средними годовыми температурой воздуха и суммами осадков;

г) во всех природных зонах раньше всех происходит увеличение осадков в холодный сезон года;

д) начало увеличения средних годовых и за теплый сезон осадков во всех природных зонах запаздывает по времени в среднем на 12 лет от начала увеличения осадков холодного сезона;

ж) в то же время на те – же в среднем 12 лет происходит запаздывание наступления фазы увеличения одноименных видов осадков в лесостепной и степной зонах по отношению к началу их роста в южной части лесной зоны;

з) наибольшие отличия для всех природных зон присущи многолетней изменчивости температуры воздуха в теплый сезон.

и) в многолетних изменениях показателей климата определяющую роль в целом играет их внутри зональная изменчивость и меньшую – их межзональное взаимодействие.

Для всех природных зон с большой уверенностью диагностируется существенное изменение региональных климатических условий после конца 70-х годов прошлого века: статистически значимо возросли средние годовые и за отдельные сезоны осадки и температура воздуха. Средние годовые суммы осадков в степной зоне увеличились на 26%, в других природных зонах в среднем на 11%. Средняя годовая температура воздуха повысилась на 0.70С в южной части лесной зоны и на 10С в других природных зонах.

Наибольшее и наиболее быстрое влияние на изменение факторов гидротермического состояния водосборов на начало весеннего снеготаяния оказывает повышение температуры воздуха в холодный сезон. В результате изменений характеристик показателей климата происходит перестройка структуры их водного баланса в весенний сезон, выражающаяся в резком уменьшении ПВСС и увеличении доли грунтового стока в годовом стоке рек. За счет эффекта запаздывания в южной части лесной и лесостепной зонах, время реакции речного стока на многолетние изменения климата составляет в среднем 6 – 8 лет. В степной зоне полной перестройки структуры водного баланса водосборов не произошло. Фаза уменьшения ПВСС и речного стока, продолжается до настоящего времени, в связи с чем сделан вывод о том, что время реакции годового речного стока на совместное влияние многолетних изменений показателей регионального климата и хозяйственной деятельности в этой природной зоне может составлять 25 и более лет. Наличием лесов обусловлена квазисинхронность речного стока в маловодную по осадкам фазу в лесной и лесостепной зонах, а их отсутствием и большой мощностью зоны аэрации - асинхронность в степной зоне, по отношению к другим природным зонам. Различные виды хозяйственной деятельности на водосборе и в речной сети малых равнинных рек могут увеличивать время реакции годового речного стока на региональные многолетние колебания показателей климата (в южной части лесной и степной зонах), либо полностью их компенсировать (в лесостепной зоне). Изменения речного стока в период весеннего половодья в большей степени зависят от хозяйственной деятельности непосредственно в речной сети, чем от влияния колебаний регионального климата, которые оказывают непосредственное влияние на формирование гидрологического режима водосборов малых равнинных рек.

5.  Сформулированы основные положения геоэкологического анализа антропогенных нагрузок на водосборы малых равнинных рек. Разработана методика такого анализа, сущность которой заключается в формировании матрицы антропогенных нагрузок в абсолютных и относительных показателях для малых водосборов, образующих гидрографическую сеть основной реки и последующего геоэкологического районирования всего ее бассейна по преобладающим видам антропогенных воздействий и степени экологической опасности. Различные варианты этой методики апробированы на примерах всего водосбора р. Истры и территории зоны наибольшего взаимовлияния Истринского водохранилища. Показано, что данная методика является новым, более объективным методом выявления во всем бассейне малой реки водосборов того из ее притоков и других структурных элементов гидрографической сети различной размерности (логов, балок, оврагов), которые находятся в критическом экологическом состоянии.

5. Разработан ландшафтно–гидрологический метод оценки средних многолетних характеристик гидролого–гидрохимических процессов (ПВСС, эрозии почвы, выноса биогенных элементов с жидким и твердым стоком), формирующихся на водосборах малых равнинных рек и их трансформации овражно-балочной сетью, обусловливающих диффузное биогенное загрязнение водных ресурсов этих и других малых водных объектов. На примере бассейна р. Истры, репрезентативного по физико-географическим условиям для территории южной части лесной зоны, получены оценки величины средних многолетних объемов потоков воды, твердого стока и биогенных элементов, как с частных малых водосборов, так и со всего бассейна р. Истры. Осуществлена проверка точности данной методики путем сравнения с данными натурных наблюдений, приведенными в литературе и с результатами расчетов по независимому методу руслового баланса масс. Показано, что эта методика позволяет получать оценки средних многолетних характеристик частных гидролого – геохимических процессов, формирующихся на водосборе и диффузного биогенного загрязнения со всего водосбора с приемлемой для практики точностью, а его вклад в формирование общего биогенного загрязнения малых рек южной части лесной зоны Русской равнины может составлять 40-90%.

  1. Выявлена более высокая эффективность использования тепла и влаги природными естественными геосистемами, по сравнению с природно-антропогенными агросистемами. На этой основе обоснована необходимость применения в земледелии таких нетрадиционных технологий, как создание с осени кулис из высокостебельных растений и мульчирование почвы растительными остатками, которые приближают функционирование агросистем к природным геосистемам.
  2. Разработана полуэмпирическая динамико-стохастическая модель (Д-С-М) формирования ПВСС, адаптированная для почвенно-климатических условий Центральной лесостепи Русской равнины. Показано, что модель достаточно адекватно данным фактических наблюдений описывает процесс формирования ПВСС на склонах и водосборах малых равнинных рек, а учет в ней стохастической структуры снежного покрова, позволяет повысить точность расчета его объема на 30%. В этой связи сделан вывод о том, что эта модель может рассматриваться как надежный метод оценки гидрологической эффективности применения различных агротехнологий.
  3. На основе динамико-стохастического моделирования впервые получены теоретические оценки гидрологической эффективности улучшения структуры водного баланса склонов водосборов малых равнинных рек в период весеннего снеготаяния комплексом традиционных и указанных выше нетрадиционных агротехнологий. Показано, что применение экологически более благоприятных и экономически менее затратных нетрадиционных агротехнологий, по сравнению с комплексом агроприемов, применяемых в современном земледелии, обеспечивает формирование лучших условий для впитывания талых вод, приращения влагозапасов в почве и обусловливает устойчивое снижение весеннего склонового стока, как основного фактора эрозии почвы, оврагообразования и диффузного загрязнения водных объектов и их следует рекомендовать к более широкому использованию на практике.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

В научных журналах, рекомендуемых ВАК

  1. Пространственная неравномерность коэффициента фильтрации почвы на пашне и целине в Центральной лесостепи // Метеорология и гидрология. 1982. №10. С.113-115.
  2. Выбор слоя – индикатора при мониторинговых наблюдениях влажности почвы// Изв. АН СССР. сер. географ. 1987. № 2. С.72-79 (в соавторстве с М.В.Кумани)
  3. Проблемы малых рек России // Гидротехническое строительство. 1994. N8. С.1-5. (в соавторстве с Н.И.Коронкевичем и Д.А.Елисеевым)
  4. Малые реки в системе Волги // Известия РАН. сер. географ. 1996. N1. С. 33-44. (в соавторстве с Н.И.Коронкевичем, И.С.Зайцевой)
  5. Влияние мульчи из растительных остатков на формирование термического режима почвы в зимний период //Почвоведение. 1990.N 12. С.46-54.(в соавторстве с Е.М.Гусевым)
  6. Влияние соломенной мульчи из растительных остатков на термический режим почвы после схода снежного покрова //Почвоведение. 1992. N5. С.49-59. (в соавторстве с Е.М.Гусевым, О.Н.Бусаровой, А.А.Шурхно).
  7. Современные антропогенные воздействия на водные ресурсы // Известия РАН. сер. геогр.1998. № 5. С.55-68.(в соавторстве с Н.И.Коронкевичем, И.С.Зайцевой, С.В.Долговым)
  8. О современном состоянии изучения поверхностного стока в основных почвенных зонах Европейской России // Почвоведение. 1999. №9. С.1115-1125. (в соавторстве с Н.И.Коронкевичем)
  9. Сток и эрозия почвы на водосборах как факторы экологической обстановки на реках //Изв. РАН. сер. геогр. 2000. №1. С. 52-63. (в соавторстве с Н.И.Алексеевским, Н.И.Коронкевичем,  Л.Ф. Литвиным, Р.С.Чаловым)
  10. Геоэкологический анализ антропогенных воздействий на водосборы малых рек // Известия РАН. сер. географ.2000. № 4 С.74-82.
  11. Пространственно-временная изменчивость потока биогенных элементов и качества воды малой реки // Водные ресурсы. 2002. Т. 29. №3. С.343-349. (в соавторстве с Г.С.Шилькрот)
  12. Динамико-стохастическое моделирование процессов формирования весеннего склонового стока на малых водосборах // Почвоведение. 2003. №7. С.847-861. (в соавторстве с Е.М.Гусевым)
  13. Реакция поверхностного весеннего стока на региональные изменения климата //Известия РАН. сер. географ. 2004. №4. С. 72-84.
  14. Мезомасштабная модель динамики промерзания почвы // Метеорология и гидрология. 1997.N 5. С.81-89. (в соавторстве с Е.М.Гусевым, О.Н.Бусаровой)
  15. Геоэкологическое районирование водосбора (на примере Истринского водохранилища) //Водные ресурсы. 2004. № 5. С. 627- 634.
  16. Стадийность развития водоемов – охладителей атомных электростанций // Известия РАН. сер. географ. 2005. № 3. С. 63 – 67. (в соавторстве с Г.С.Шилькрот)
  17. Метод оценки выноса биогенных элементов в овражно – балочную и речную сеть малой реки //Известия РАН, сер. географ. 2007. №4, С.44 – 53 (в соавторстве с Ф.Н.Гуровым, Г.С.Шилькрот)
  18. Пространственные и временные закономерности изменения весеннего склонового и речного стока на Русской равнине //Известия РАН, сер. географ. №4 С.71-81. (в соавторстве с Е.А.Кашутиной)
  19. Эффективность агроприемов в управлении гидрологическими процессами на малых водосборах в период весеннего снеготаяния //Почвоведение 2008. № 3. С.321 - 329 (в соавторстве с Е.М.Гусевым, Е.А.Кашутиной)
  20. Влияние региональных колебаний климата и хозяйственной деятельности на изменения гидрологического режима водосборов и стока малых рек // Водные ресурсы (в печати). ( в соавторстве Е.А.Кашутиной)

Публикации в журналах, сборниках и монографиях

  1. О применении дистанционных методов в экспериментальных воднобалансовых исследованиях // Дистанционные  методы исследования геосистем. М.: ИГ РАН. 1978. С.85-94.
  2. К проблеме дистанционной параметризации моделей формирования стока элементарных водосборов //Гидрологические исследования № 1. МГК при Президиуме АН СССР. М.: 1986. С. 30-36. ( в соавторстве с Ю.Н.Куликовым)
  3. Исследование снеготаяния в элементарных геосистемах с использованием крупномасштабных аэрофотоснимков //Современная проблематика дистанционных исследований геосистем. М.: ИГ РАН, 1983. С.75 – 86.
  4. Методика расчета термического режима почвы в зимний период //Материалы метеорол. иссл. № 10. М.: МГК при Президиуме АНСССР. 1986,С.87-100 (в соавторстве с Е.М.Гусевым)
  5. Расчет влажности почвы при мониторинговых наблюдениях геосистем // Геосистемный мониторинг. Строение и функционирование геосистем. М.: ИГ РАН. 1986.С. 191-208. (в соавторстве с М.В. Кумани)
  6. Моделирование склонового стока талых вод с учетом пространственной вариации снегозапасов // Изучение и оптимизация водных ресурсов Центральной лесостепи. МФ ГО СССР.  Курск. 1987. С.91-100. (в соавторстве с Е.М.Гусевым)
  7. Изменение в пространстве и времени влагозапасов в почве некоторых агроэкосистем Центральной лесостепи //Исследование состояния геосистем дистанционными методами. М.: ИГ РАН. 1987.С.55-70.
  8. Изменчивость тепловлагообеспеченности геосистем Центральной лесостепи в ходе их функционирования //Временная организованность геосистем. М.: ИГ РАН. 1988. С.139-151.
  9. Гидрологические наблюдения в геосистемном мониторинге // Принципы и методы геосистемного мониторинга. М. Наука. 1988.С.48-54. (в соавторстве с Н.А.Барымовой, Е.П.Чернышовым)
  10. Вопросы управления гидрологическим режимом агрогеосистем // Степи Русской равнины. Состояние, рационализация аграрного освоения. М.: Наука. 1994. С.90-100.
  11. Пространственная неоднородность и водоотдача снежного покрова на склонах водосборов малых рек Центральной лесостепи // Малые реки России. МЦ ГО РФ. 1994. С.207-229.
  12. Концептуальные вопросы решения проблем малых рек России //Малые реки России. МЦ ГО РФ. 1994. С.11-19 (в соавторстве с Н.И.Коронкевичем, Г.М.Черногаевой)
  13. Геоэкологический анализ зоны взаимовлияния Истринского водохранилища // Геоэкологический анализ. Принципы, методы, опыт применения М.: ИГ РАН. 1995. С. 174-199. (в соавторстве с Н.А. Барымовой, Е.А.Михаленко, В.А.Плетниковой)
  14. Автоматизация наземных наблюдений в геосистемном мониторинге // Принципы и методы геосистемного мониторинга. М. Наука. 1988. С. 89-96 (в соавторстве с Н.С.Озеровым)
  15. Внутригодовая изменчивость тепло и влагообмена в геосистемах // Геосистема во времени. М.: ИГРАН.1991. С.65-78.
  16. Современные проблемы рационализации использования водных ресурсов в неорошаемом земледелии // Гидролого-географические исследования. М.:МЦ ГО РФ.1992. С.76-90
  17. Опыт районирования антропогенной нагрузки в речном бассейне // Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце ХХ столетия. М.: Наука.2003, С.21-36
  18. Концептуальные аспекты экологически безопасного воздействия на водные ресурсы // Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце ХХ столетия. М.: Наука.2003. С.325-330. (в соавторстве с Н.И.Коронкевичем, И.С.Зайцевой, Л.К.Малик, Г.М.Черногаевой)
  19. Концептуальные аспекты проблемы управления природно-антропогенными геосистемами водосборов малых рек //Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце ХХ столетия. М.: Наука.2003, С. 330-335.
  20. Весенний поверхностный склоновый сток с водосбора озера //Структура и функционирование озера Селигер в современных условиях. СПб. Наука. 2004. С.61- 64. (в соавторстве с Н.И.Коронкевичем, З.А.Крыловой)
  21. Метод оценки характеристик диффузного загрязнения малых рек на основе ландшафтно- гидрологического подхода (на примере р. Истры). //Водное хозяйство России. 2006. № 2. С. 63 -91.( в соавторстве с Ф.Н.Гуровым)
  22. Оценка эффективности управления гидрологическими процессами на малых водосборах в период снеготаяния на основе динамико – стохастического моделирования // Водное хозяйство России. 2007. № 1. С. 63-91.(в соавторстве с Е.М.Гусевым, Е.А.Кашутиной)
  23. Impact of mulch layer composed by organic remains on the soil thermal conditions following snowmelt.//Jorn. Hydrol. and Hydromech.Т.41. 1993. N1. pp. 15-28. (в соавторстве с Е.М.Гусевым, О.Н.Бусаровой)



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.