CC BY
0РАЗДЕЛ 2.
ФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ, ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ И
ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТОВ
Статья посвящается светлой памяти крымского гидролога и селевика Августа Николаевича Олиферова (1925-2018) в преддверии его 100-летнего юбилея со дня рождения.
УДК 556.51
ФОРМИРОВАНИЕ СТОКА И РЕЖИМ Р. СЛАВЯНКА В УСЛОВИЯХ ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДА СИМФЕРОПОЛЬ (КРЫМ)
Амеличев Г. Н.1'2, Рифатов И. А.1
ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского», Симферополь, Российская Федерация
2Южный филиал Института водных проблем РАН, Симферополь, Российская Федерация Е-таИ: [email protected]
Работа посвящена изучению вопросов, связанных с формированием поверхностного стока и особенностями водного, термического и гидрохимического режима в закарстованном бассейне малой реки Славянка, расположенной в столице Республики Крым. По данным мониторинга 2020-2021 гг. установлен преимущественно грунтовый (карстовый) тип питания реки, предпринята попытка составления уравнения водного баланса, выявлены характерные точки и периоды термического и гидрохимического режима речных вод. Выявленные особенности позволили на количественном уровне оценить пространственно-временную структуру взаимодействия поверхностных и подземных вод в бассейне.
Ключевые слова: малая река, бассейн, сток, тип питания, карст, водный баланс, термический и гидрохимический режим, Славянка, Симферополь.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях современной глобализации всё чаще говорится о растущих проблемах водных ресурсов, ухудшении экологического состояния мировых водных запасов. Эта проблема пронизывает практически все регионы России. Особенно остро вопрос количества и качества воды стоит в Крыму, который после выхода из строя Северо-Крымского канала, решает задачу водоснабжения населения и хозяйства исключительно за счет собственных ресурсов. Поскольку все крупные водные объекты полуострова уже задействованы, в качестве дополнительных водных ресурсов приходится рассматривать «малую гидрографическую сеть» — ручьи, временные водотоки, родники и пр. Однако не все они изучены с точки зрения механизмов формирования и самовозобновления, возможностей мягкого использования для нужд человека. Особенно осложняется
эта задача при изучении таких объектов в пределах закарстованных и сильно преобразованных человеком городских территорий.
В качестве объекта исследования данной работы выбрана малая река Славянка и ее бассейн, расположенные в западной части города Симферополь, о которых имеются лишь самые обобщенные сведения в литературе [1, 2, 3]. Предметом исследования являются гидрологические и гидрогеологические характеристики реки, позволяющие на количественном уровне рассмотреть подходы к оценке водного баланса в бассейне, условий формирования речного стока и его режимных характеристик.
Целью работы является анализ данных мониторинга поверхностных и подземных вод в бассейне р. Славянка для выявления условий формирования речного стока, выявления особенностей водного, термического и гидрохимического режимов реки. Для решения поставленной цели в работе решались следующие задачи: оценка природных факторов стокообразования; изучение морфологии бассейна и пространственно-временных изменений условий питания; составление уравнения водного баланса; определение параметров термического и гидрохимического режима вод.
ПОЛОЖЕНИЕ И МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧНОГО БАССЕЙНА
Бассейн реки Славянка расположен в пределах западной окраины города Симферополя между Внутренней и Внешней куэстовыми грядами Предгорного Крыма (рис. 1).
Славянка впадает в р. Салгир с ее левобережного борта на 179 км от устья последнего. Ее исток расположен на структурном склоне Внутренней гряды у с. Фонтаны (Ягмурча) на высоте около 400 м, откуда из бетонного каптажа по чугунному водоводу она подается в Симферополь, протекая большую часть пути по ул. Севастопольской [4]. Выход реки на поверхность находится на северном берегу Даниловского пруда. Устье реки находится на абсолютной высоте около 200 м у пос. Мирное. В пределах городской черты расположено 90% площади водосбора. С запада и юго-запада бассейн Славянки граничит с бассейном р. Зап. Булганак, с востока - с бассейном р. Казанка.
При общей длине Славянки 9,2 км средний уклон русла составляет 1,2°. С учетом топографических водоразделов ее площадь водосбора составляет 26,7 км2 [3]. Речная сеть внутри бассейна развита слабо. Здесь представлен лишь один постоянный водоток - левый приток руч. Мокрый Лог. Также выделяется шесть оврагов и балок общей длиной 14 км [1]. На р. Славянка имеется четыре пруда общей площадью 0,114 км2. Коэффициент озерности в бассейне составляет 0,43 %.
Длина бассейна (11,7 км) определялась как расстояние по прямой линии, соединяющей устье реки и точку на водоразделе, прилегающую к истоку реки. Максимальная ширина бассейна, которая представляет собой линию, перпендикулярную длине в самом широком месте, достигает 4,5 км. Средняя ширина рассчитывалась как отношение площади бассейна к его длине и достигает 2,3 км. Длина водораздельной линии составляет 27,4 км. Средняя высота бассейна,
рассчитанная как средневзвешенная величина через площади высотных зон (рис. 2),
1 — границы города, 2 — бассейн р. Славянка, 3 — пункты мониторинга речных вод (1 — водовод Ягмурча, 2 — мост Спартака, 3 — переток между прудами, 4 — радиорынок, 5 — мостик за железнодорожной станцией, 6 — Меганом, 7 — устье).
ХАРАКТЕРИСТИКА ФАКТОРОВ СТОКООБРАЗОВАНИЯ
Ключевым фактором формирования стока и особенностей его режима в бассейне р. Славянка является литогенная основа. Поверхность и толща водосбора представлена осадочными породами от эоценового до четвертичного возраста (рис. 3), залегающими в виде моноклинали, пологопадающей под углами 5-10° к северо-западу. Большая часть разреза состоит из карбонатных хорошо и слабо карстующихся отложений.
Наиболее древние палеогеновые отложения представлены бахчисарайским, симферопольским, бодракским (новопавловским) и альминским ярусами. По литологии породы нижнего эоцена сложены известковистыми глинами и нуммулитовыми известняками с прослоями мергелей, реже песчаников, мощностью 10-15 м. Вышележащие нуммулитовые известняки симферопольского яруса достигают в разрезе 25 м [5]. Они занимают верхний ярус рельефа в бассейне реки.
293 м.
Рис. 1. Положение бассейна р. Славянка в Симферополе.
Ими бронирован структурный склон Внутренней гряды на участке от гребня куэсты на юге до улицы Севастопольской на севере.
Границы бассейна р. Славянка и расчетные горизонтали (м) Высотная зона, м Площадь, км2 Накопленная площадь, км2 %
V \ )) \ у / г г 1 if [ 1) ь Soot S г УЛ055 500-550 0,2 0,2 0,7
450-500 0,5 0.7 2,6
400-450 1.1 1.8 6,7
350-400 2.2 4.0 15,0
300-350 4.4 8.4 31.5
250-300 14,7 23.1 86.5
200-250 3,6 26.7 100,0
Площади высотных зон бассейна р. Славянка и гипсографическая кривая
Накопленная площадь, % 0 25 50 75 100
I 550500 (
| 450-500 \
| 400-450
Ш 350-400
I Г loot V / Yс /¡( 300350
250-300
200250 ч
0 4 в 12 16 Площадь высотной зоны. км2
Рис. 2. Бассейн р. Славянка и его гипсометрические характеристики.
Вследствие высокой проницаемости известняков и преобладания процессов инфильтрации поверхностный сток здесь формируется крайне редко.
Вверх по геологическому разрезу известняки симферопольского яруса согласно сменяются мергелями верхнего эоцена (бодракский и альминский ярусы). Они занимают среднюю и нижнюю часть речной долины (Северной продольной депрессии). Благодаря относительно высокому содержанию глинистого материала, его слабой водопроницаемости и значительной мощности (до 30 м), здесь сохраняются условия, поддерживающие поверхностный сток. Глинисто-мергелистые отложения верхнего эоцена поднимаются местами до середины аструктурного склона Внешней гряды.
Эоценовую толщу в верхней части склона Внешней гряды с размывом перекрывают породы неогена (средний миоцен). Они представлены падающими на север под углом до 5° слоями глин и суглинков, кварцевыми песчаниками, кремнистыми известняками чокрака, карагана и конка. Их общая мощность на участке в районе самой западной точки города составляет около 5 м [6]. Венчает
неогеновую часть разреза тонкий (1 м) слой таврских красноцветных глин с россыпями кварцитовой гальки, перекрытый почвой.
Рис. 3. Бассейн р. Славянка на геологической карте Симферополя [7].
В днище Северной продольной депрессии выделяются четвертичные отложения различного генезиса. Самую нижнюю донную часть занимают аллювиальные осадки р. Славянка. Они представлены преимущественно глинистыми и илистыми, реже песчаными фракциями. Обломки известняков практически не встречаются, что можно рассматривать как результат процессов
растворения. От верхнего течения реки к нижнему мощность аллювия увеличивается от нескольких десятков сантиметров до десятка метров. Надпойменные террасы выражены фрагментарно и преимущественно на левобережье.
В гидрогеологическом отношении водосбор Славянки располагается на крымском южном крыле Причерноморского артезианского бассейна. Здесь представлены среднеэоценовый и четвертичный водоносные горизонты. Уровни воды в первом горизонте устанавливаются в известняках на глубине 15-20 м, в толще мергелей — на глубине 1-15 м [8]. Воды имеют гидрокарбонатный кальциевый и гидрокарбонатный натриевый состав с минерализацией от 300 до 1200 мг/л (табл. 1, [9]).
Таблица 1
Гидрохимические показатели воды в истоке р. Славянка (по [9] с изменениями)
Ионы Бор-Чокрак Водовод Ягмурча
Шэ" 136,9 46,5
а- 71,0 63,9
гя SO42- 99,6 92,1
-5 PO43- 0,8 0,0
и HCOз- 329,4 359,9
<и « ^ 4,3 3,6
% Mg2+ 13,4 17,0
а <и Ч Ca2+ 152,0 166,0
О №+ 46,0 41,4
Формула Курлова
Второй водоносный горизонт связан с аллювиальными отложениями Славянки. Водовмещающими породами здесь являются галечники, пески и суглинки мощностью до 10 м. В этом коллекторе наблюдаются самые высокие значения коэффициента фильтрации (до 663 м/сут) и дебита (до 23 л/с). Аллювиальные воды имеют пестрый химический состав и минерализацию менее 1 г/л. Для подземных вод бассейна р. Славянки отмечается неблагополучное экологическое состояние, которое связано с положением в области их питания старого полигона твердых бытовых отходов, интенсивной жилой и промышленной застройкой, наличием крупных транспортных магистралей [2, 10].
Климатические условия являются базовыми в формировании гидрологического режима вод бассейна р. Славянка. Положение водосборных площадей реки в пределах восточного предгорного климатического района [11] обеспечивает здесь полузасушливый, теплый с мягкой зимой климат. Открытые архивные данные метеостанции, расположенной в 4 км к северо-востоку от центра бассейна, позволяют получить среднемесячные и среднегодовые показатели стокоформирующих метеоэлементов, охватывающие период с 2014 г. Используя эти
данные (рис. 4, а, б), было установлено, что 2020 г. в этом ряду был аномально теплым (12,9°С) и сухим (368 мм).
Рис. 4. Многолетний (а, б) и внутригодовой (в, г) режим метеоэлементов в бассейне р. Славянка по данным мониторинга 2014-2023 гг.
Для анализа влияния увлажнения и температур на формирование внутренних вод бассейна использовались авторские графики, отражающие помесячное распределение метеоэлементов в идеализированном годе (рис. 4, в, г). Самым дождливым считается июнь (72 мм). Засушливый сезон наступает в августе-октябре (30-33 мм). В годовом распределении осадков имеется два максимума — зимний (меньший) и летний (больший). Это говорит о преобладании континентального режима выпадения осадков и проявлении признаков средиземноморского режима, что объяснимо в связи с близостью субтропического Южнобережья.
Снежный покров в бассейне р. Славянка бывает почти ежегодно, но отличается крайней неустойчивостью. Он может выпадать и стаивать несколько раз за сезон. При этом склоны куэсты и Северной продольной депрессии, куда входит бассейн, покрываются снегом в среднем лишь на 30% [12]. Поэтому в периоды зимних оттепелей паводковые пики на Славянке незначительны. В последние годы частота выпадения и количество снега снизились.
Важное значение для формирования стока имеет испарение. Годовая величина суммарного испарения определяется как разность между суммой годовых осадков и средним многолетним стоком. Для бассейна р. Славянка норма испарения составляет 457 мм [13].
Прогрессирующее влияние на водность р. Славянка оказывает человек. Это зарегулированность стока прудами, водозабор, подача воды из-за пределов бассейна с последующим сбросом в русло в виде загрязненных стоков, полив, утечки и др.
ВОДНЫЙ РЕЖИМ И ТИПЫ ПИТАНИЯ
Сведения о водном режиме и типах питания дает гидрограф реки (рис. 5), составленный по данным гидрологического мониторинга, проведенного в 2020 г. на створе у пешеходного мостика за железнодорожным вокзалом. Фактические данные расходов Славянки, замеренные с периодичностью 2-3 раза в месяц, были усреднены по месяцам с целью выделения генерализированного гидрологического года. Установлено, что за этот период средний расход составил 143 л/с. Абсолютные экстремальные значения колебались от 55 до 387 л/с (абсолютный максимум за весь период инструментальных наблюдений достигал 17 м3/с [1]).
400
.о
й 300
со
О.
200
100
1 Гипы ПИТЯН1 1Я е ое ое
1» неговс ождев >унтов
1 |Д
1 1II-
Ср.- 43л/(
10 11 12 Месяцы
о
24 О
го О.
18
го
х >.
12 £
о ш
го
6 £ §
о. 0 ®
Рис. 5. Расчлененный на виды питания гидрограф р. Славянка за 2020 год.
Теплая и малоснежная зима сформировала нехарактерную для этого периода года меженную фазу, в то время как летняя межень имела закономерное (август-сентябрь) место на гидрографе. Самым снежным в 2020 г. явился март. В залесенных верховьях Ягмурчинской балки условия для сохранения снега были благоприятными. Поэтому пик, приуроченный на гидрографе к апрелю, следует трактовать как фазу половодья. Период максимальных паводковых расходов совпадает с летним (и годовым) максимумом осадков (июль, 54 мм). Осенний пик, связан с ростом осадков и снижением испарения. В итоге на графике выделены три типа питания с соответствующими долями: грунтовое — 53 %, снеговое — 13 %, дождевое — 34 %. Первый тип устойчиво превалирует в питании реки в течение первого полугодия и в меженный период (вторая половина августа-сентябрь). Спад грунтового питания с конца июня до середины августа происходит на фоне
преобладания дождевых вод. С октября и до конца года, несмотря на рост грунтового питания, доля дождевых вод остается доминирующей, вероятно вследствие снижения испарения и роста относительной влажности воздуха. Учитывая преимущественное развитие в бассейне растворимых известняков и мергелей эоцена и развития в них водоносных горизонтов, из которых осуществляется частичная разгрузка в реку, грунтовое питание следует считать карстовым, а саму Славянку - типично карстовой рекой.
Представленный на рисунке 5 гидрограф безусловно не характеризует режим реки в многолетнем плане и может несколько отличаться от нормированных данных с учетом засушливости 2020 г.
Для представления сбалансированного количественного распределения вод внутри бассейна р. Славянка в виде уравнения водного баланса данных пока недостаточно. Тем не менее известно, что суммарное за период наблюдения (январь-декабрь 2020 г.) количество осадков составило 368 мм [14]. Анализ геолого-геоморфологических условий бассейна показал отсутствие аллохтонного поверхностного и подземного стока в контуры бассейна. Данных по конденсационному питанию бассейна фактически нет. В литературе [7] указывается, что конденсация возможна летом под крупными городскими строениями и максимально может достигать до 15% от годовой нормы осадков, т.е. для нормы в Симферополе 501 мм [11, 15] — это 75 мм. Также в литературе имеются количественные параметры по антропогенным утечкам в Симферополе, доля которых в первом десятилетии XXI в. достигала 24,7 млн м3/год [16, с. 228]. С учётом площади водосбора р. Славянка антропогенные потери дадут дополнительный сток в 245 мм. В расходной статье уравнения имеем. Поверхностный отток через р. Славянка рассчитывается как отношение годового объема стока (4510000 м3) к площади водосбора (26,7 км2) - 169 мм. Данные о подземном оттоке из бассейна в литературе не известны, хотя практически все реки, пересекающие Северную продольную депрессию, теряют здесь часть своего стока [17, 18], который уходит на питание водоносных горизонтов Равнинного Крыма. Для определения количества и мест подземного перехвата стока р. Славянка был составлен график изменения расхода воды по мере удаления от истока (рис. 6). На графике фиксируется лишь один участок между Радиорынком и железнодорожным вокзалом, где расход во все периоды замеров заметно снижается, составляя в среднем около 200 л/с. Эту цифру можно рассматривать как величину инфлюации. В балансовых единицах она составит 231 мм. Расчет испарения (эвапотранспирации) выполнен по методике Л. Тюрка [19] с помощью уравнения:
X
2 =
а9 + 12
где z — испарение годовое, мм; х — годовое количество осадков (368 мм [14]); L — температурный вклад ^ = 300 + 25Т + Т3), Т — среднегодовая температура
воздуха (12,9°С [14]). Его величина для 2020 г. составила 400 мм, что очень близко к норме испарения в Симферополе (457 мм, [13]).
400
с
■¿300 о
X
2 200
100 0
Зона инфлюаи
Бор-Чокрак
Мост Между Спартака прудами
Радиорынок
ЖД вокзал
Устье
Водопункты
Рис. 6. Изменение расходов воды в р. Славянка от истока к устью и выделение зоны инфлюации (2020).
С учетом приведенных данных уравнение водного баланса приобретает вид неравенства:
368 + 75 + 245 ф 169 + 231 + 400,
в котором ошибка вычисления составляет 14%, что превышает допустимую погрешность в 10% для балансовых расчетов. Невязка баланса возможно связана с усилением антропогенных утечек, доля которых прогрессивно растет. Другой причиной может служить недоучет площадей подземного водосбора реки, которые могут меняться в зависимости от водности гидрогеологических структур.
ТЕРМИЧЕСКИЙ И ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
Термический режим — периодически повторяющиеся изменения температуры воды в течение определенного времени (суток, года). Суточные наблюдения на реке не проводились. На рисунке 7 (верхний график) показано распределение средних температур по точкам мониторинга, из которого следует, что самые холодные воды фиксируются на выходе из Верхнего пруда, а самые теплые у Радиорынка. Объяснить такое распределение температур можно следующим образом. После выхода на поверхность вод Ягмурчинского водовода в Даниловском пруду к ним со стороны структурного склона Внутренней гряды на участке от источника Бор-Чокрак до Верхнего пруда продолжают поступать подземные карстовые воды, имеющие более низкую температуру. Судя по графику (рис. 7), их максимальные объемы приходятся на Верхний пруд, в котором находятся затопленные родники [20].
Летний прогрев Нижнего пруда в засушливый 2020 г. происходил намного активней, чем зимнее выхолаживание, не сопровождавшееся формированием озерного льда. На участке от радиорынка до железнодорожного вокзала, где наблюдается зона инфлюации речного стока и снижение водности реки, зимнее охлаждение превалировало. На заключительном отрезке реки ее русло местами переведено в подземный канал, что в целом снижает речную температуру.
16
Точки мониторинга
Рис. 7. Средняя температура воды р. Славянка вниз по течению (2020).
Внутригодовое распределение температуры воды в реке охарактеризовано по данным наблюдения на шести водопунктах (рис. 8). Из графиков видно, что температура воды на всех точках мониторинга тесно зависит от режима температуры воздуха. Среди особенностей сезонного распределения температур отмечается самая низкая изменчивость для источника Бор-Чокрак. Здесь амплитуда температур за период наблюдения составила всего 2,7°С. Максимальная изменчивость отмечена для водопункта у радиорынка, хотя в целом сезонная вариативность для всех водопунктов, лежащих ниже моста на ул. Спартака, остается в пределах 18,7-21,6°С. Выявленная особенность указывает на то, что воды источника Бор-Чокрак разгружаются непосредственно из среднеэоценового водоносного горизонта, который относительно хорошо защищен, вследствие чего его воды термически мало изменчивы. Далее вниз по течению Славянки изменчивость нарастает вследствие влияния внешних природных факторов. Обращает на себя внимание пересечение между собой всех температурных кривых в районе 14-15°С два раза в год в конце октября и в апреле-начале мая. Эти две точки знаменуют собой период гомотермии, когда температура подземных и поверхностных вод выравнивается. Термический минимум для речных вод в маловодном 2020 г. сформировался в декабре, хотя для аналогичных условий в бассейне р. Абдалка [18] он наблюдается в январе-феврале и только в маловодные годы — в декабре, т.к. малые запасы вод быстрей охлаждаются. Термические максимумы для разных водопунктов наблюдались в июне-августе, что связано с различными условиями летнего нагревания. Средняя годовая температура воды в реке за период наблюдения составила 14°С.
Химический режим в бассейне Славянки изучался с позиции электропроводности воды и ее минерализации. Для определения их величины использовался автономный портативный кондуктометр ЕС 300.
Рис. 8. Сезонный ход температур в течение июня 2020 - мая 2021 гг.
Известно, что химически чистая вода — плохой проводник электричества. Электропроводность воды немного увеличивается с повышением температуры и сильно возрастает с увеличением минерализации. В последнем случае важное значение имеет также химический состав, т.к. при равной минерализации двух растворов выше электропроводность будет в том из них, где больше ионов С1-, и К+. Они влияют значительно сильнее, чем другие ионы.
Распределение среднегодовых показателей электропроводности и минерализации от истока к устью, представленное на рисунке 9, свидетельствует о сходном характере обоих кривых, что говорит о том, что электропроводность полностью контролируется минерализацией и мало зависит от температуры карстовых вод. Падение минерализации от истока до радиорынка связано с подземным поступлением в реку слабоминерализованных карстовых вод и ролью прудов, как отстойников и накопителей растворенных веществ. В зоне инфлюации речного стока ниже радиорынка соотношение подземного и поверхностного питания смещается в сторону последнего, доля более минерализованных и часто антропогенно загрязненных речных вод, включая р. Мокрый Лог, нарастает до самого устья.
На рисунке 10 охарактеризовано внутригодовое распределение показателей минерализации за 2020-2021 гг. График фиксирует глубокий минимум в июле 2020 г. Снижение связано с максимумом летнего пика осадков (54 мм), который принес низко минерализованную воду. Затем до сентября наблюдался рост минерализации, связанный с высоким температурным и испарительным фоном,
активной вегетацией растительности, интенсивностью биохимических процессов. В сентябре 2020 г. фиксировался повышенный фон осадков (51 мм), который замедлил рост минерализации. Октябрь-декабрь 2020 г. были засушливыми (20-22 мм), и рост показателя продолжился. Низкие температуры и зимние осадки 2021 г. привели к падению минерализации и проявлению в итоге ее зимнего более растянутого во времени минимума. Несмотря на ощутимую обратную связь минерализации и осадков, коэффициент корреляции недостаточно высок (г = -0,38). Это объясняется относительно высокой степенью зарегулированности поверхностного стока карстом.
Точки мониторинга Электропроводность, мСм/см ^—Минерализация, г/л
Рис. 9. Распределение показателей электропроводности и минерализации в р. Славянка от истока к устью в 2020 г.
Рис. 10. Внутригодовое распределение минерализации воды в р. Славянка по материалам наблюдений 2020-2021 гг.
Выявление характера водного, термического и гидрохимического режимов р. Славянка требуют дальнейших наблюдений и накопления эмпирических данных.
ВЫВОДЫ
1. Река Славянка одна из малых рек Крыма, относящаяся к бассейну р. Салгир, расположена в западной части города Симферополь. В связи с малыми размерами водосбора, его закарстованностью и высокой антропогенной преобразованностью, а также близостью и доступностью пунктов гидрологического мониторинга, Славянка представляет собой эталонный объект для изучения рек данного типа.
2. Бассейн р. Славянка относится к сточному типу. Он располагается на абсолютных отметках от 200 до 510 м, имея среднюю высоту 293 м. Длина бассейна составляет 11,7 км, максимальная ширина 4,5 км, длина водораздельной линии 27,4 км, площадь 26,7 км2. Протекающая в его пределах р. Славянка, имеет протяженность 9,2 км, средний уклон русла 1,2°. В состав речной сети бассейна входят левый приток руч. Мокрый Лог, шесть оврагов и балок общей длиной 14 км и четыре пруда, общей площадью более 0,1 км2.
3. Среди факторов стокообразования важнейшую роль играют геолого-геоморфологическое строение бассейна, климатические условия и антропогенное влияние. Широкое развитие коренных растворимых пород (известняки и мергели), обнаженных в верховьях и прикрытых делювиальными и аллювиальными отложениями на склонах и в низовьях бассейна, обусловило развитие открытого и покрытого типов карста. Первый способствует быстрому переводу осадков в подземный сток, второй - благодаря уклону пород и созданию закрытых напорных условий - обеспечивает подтопление и частичную разгрузку карстовых вод в днище долины через ряд источников (Бор-Чокрак и др.). Климатические условия для формирования стока в целом благоприятны. Два дождливых сезона (летний и зимний) разделяются засушливым периодом в августе-октябре. Важную роль в увеличении стока играет снег, доля которого за последние годы снизилась. Для бассейна р. Славянка отмечается прогрессивно растущий антропогенный вклад в формирование речного стока, связанный как с утечками и сбросом стоков, так и неконтролируемым водозабором.
4. Расчленение гидрографа р. Славянка в 2020 г. позволило выделить следующие виды питания: грунтовое (карстовое) — 53 %, снеговое — 13 %, дождевое — 34 %. Карстовые воды превалируют в питании реки в первом полугодии и в меженный период. В остальное время доминируют дождевые воды. Средний расход воды за период наблюдений составил 143 л/с. Абсолютные экстремальные значения колебались от 55 до 387 л/с.
5. В ходе составления уравнения водного баланса за 2020 г. получены следующие данные. Приходная часть уравнения: атмосферные осадки — 368 мм, конденсация влаги — 75 мм, антропогенные утечки — 245 мм; расходная часть: сток р. Славянка — 169 мм, подземное питание - 231 мм, испарение — 400 мм. Расходная часть на 14 % превышает приходную, что свидетельствует о недоучете элементов баланса последней.
6. В ходе оценки распределения температур воды вниз по течению реки установлено их устойчивое падение до створа между прудами, что объясняется подтоком на этом участке относительно больших объемов карстовых вод с более низкой среднегодовой температурой. Во внутригодовом режиме температур воды в реке отмечается тесная связь с температурой воздуха. Для всех пунктов мониторинга здесь наблюдается нисходящее крыло фазы охлаждения (середина-конец лета — середина декабря) и восходящее крыло фазы нагревания (остальная часть года). Хорошо выделяются две точки гомотермии вод (14-15°С), приходящиеся на конец октября и конец апреля.
7. При анализе распределения минерализации вниз по течению реки установлено ее падение до радиорынка, что связывается с подземным поступлением в реку слабоминерализованных карстовых вод и ролью прудов, как отстойников и накопителей растворенных веществ. Нарастание показателя к низовьям объясняется снижением доли карстовых вод и нарастанием минерализованных антропогенно загрязненных поверхностных вод. Во внутригодовом режиме минерализации отмечается опосредованная карстом зависимость от режима выпадения осадков.
БЛАГОДАРНОСТИ
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-2700236, https://rscf.ru/project/23-27-00236/.
Список литературы
1. Тимченко З.В. Реки Симферополя // Устойчивый Крым. Симферополь - южная столица. Киев-Симферополь: Сонат, 2001. С.264-275.
2. Новик В.А., Мустафаева З.Р., Аблязизова Д.Д., Коцях Т.А. Славянка - славная река Симферополя // Устойчивый Крым: водные ресурсы. Симферополь: Таврида, 2003. С. 281-283.
3. Олиферов А.Н., Тимченко З.В. Реки и озера Крыма. Симферополь: Доля, 2005. 216 с.
4. Двойченко П.А. Минералы Крыма // Записки Крымского общ-ва естествоиспытат. Симферополь, 1914. Т. IV. 208 с.
5. Климчук А.Б., Тимохина Е.И., Амеличев Г.Н., Дублянский Ю.В., Шпётль К. Гипогенный карст Предгорного Крыма и его геоморфологическая роль. Симферополь: ДиАйПи, 2013. 204 с.
6. Амеличев Г.Н., Токарев С.В., Вахрушев Б.А., Науменко В.Г., Амеличев Е.Г. Карстологические исследования участков дорожного строительства с неактивным проявлением карстовых процессов (на примере объездной автодороги г. Симферополя) // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Том 3 (69). №2. 2017. С. 256-264.
7. Амеличев Г.Н., Вахрушев Б.А., Токарев С.В. Карстолого-спелеологическая изученность и современное состояние карста города Симферополя // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Том 9(75). №1. 2023. С. 151-167.
8. Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н. Теоретические основы изучения парагенезиса карст-подтопление. Пермь: Изд-во ПГУ, 1998. 204 с.
9. Волкова Н.Е., Иванютин Н.М., Юнчик Ю.А. Комплексная оценка качества воды родников города Симферополь // Экономика строительства и природопользования. 2022. № 3 (84). С.88-95.
10. Кальфа Т.Ф. Экологическое состояние подземных вод Симферополя // Уч. Записки ТНУ. Серия: география. 2007. Т.20(59). №2. С. 188-193.
11. Важов В.И. Целебный климат. Симферополь: Таврия, 1979. 80 с.
12. Ресурсы поверхностных вод СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. Т.6. Вып.4. 345 с.
13. Климат и опасные гидрометеорологические явления Крыма. Под ред. К.Т. Логвинова и М.Б. Барабаш. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 318 с.
14. Летопись погоды в Симферополе [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.pogodaiklimat.ru/history/htm (дата обращения 25.08.2024).
15. Ведь И.П. Климатический атлас Крыма. Симферополь: Таврия-Плюс, 2000. 120 с.
16. Снегур Н.И. Водные ресурсы // Устойчивый Крым. Симферополь - южная столица. Киев-Симферополь: Сонат. 2001. С. 223-232.
17. Дублянский В.Н., Кикнадзе Т.З. Гидрогеология карста альпийской складчатой области юга СССР. М: Наука, 1984. 128 с.
18. Амеличев Г. Н., Олиферов А. Н., Новикова Ф. Н. Гидрологические особенности реки Абдалка (Симферополь) в области питания артезианского бассейна Равнинного Крыма // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Том 3 (69). №1. 2017. С. 161-176.
19. Turc L. Estimation of irrigation water requirements, potential evapotranspiration: A simple climatic formula evolved up to date // J. Ann. Agron. 1961. 12: 13-14.
20. Амеличев Г.Н., Токарев С.В. Изученность подземных карстовых вод Симферополя // Сборник научных трудов Международной научной конференции «Глобальные вызовы: природа, общество, технологии». Симферополь: КФУ имени В.И. Вернадского. 2024. С.44-50.
THE FORMATION OF THE FLOW AND THE REGIME OF THE SLAVYANKA RIVER IN THE CONDITIONS OF THE KARST TERRITORIES OF THE CITY OF SIMFEROPOL (CRIMEA)
Amelichev G. N.2, Rifatov I. A.1
'V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Russian Federation
2Southern branch of the Institute of Water Problems of the RAS, Simferopol, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The work is devoted to the study of issues related to the formation of river runoff and peculiarities of water, thermal and hydrochemical regime in the karstified basin of the small river Slavyanka, located in the capital of the Republic of Crimea. The small size of the catchment, its karstification, high anthropogenic transformation, as well as the proximity and accessibility of hydrological monitoring points make Slavyanka a reference site for study, utilisation and conservation as a source of additional water resources.
The basin of the Slavyanka River belongs to the runoff type. It is located at absolute elevations from 200 to 510 m, with an average height of 293 m. The length of the basin is 11.7 km, the maximum width 4.5 km, watershed line length 27.4 km, area 26.7 km2. The Slavyanka river flowing within its boundaries is 9.2 km long, with an average riverbed slope of 1.2°. The river network of the basin includes a left tributary of the Mokryi Log brook, six ravines and gullies with a total length of 14 km and four ponds with a total area of more than 0.1 km2.
Among the factors of runoff formation, the geological and geomorphological structure of the basin, climatic conditions and anthropogenic influence play the most important role. The widespread development of bedrock soluble rocks (limestone and marl) exposed in the upper reaches and covered by delluvial and alluvial deposits on the slopes and in the lower reaches of the basin has led to the development of open and covered types of karst. Snow plays an important role in increasing runoff, the portion of which has decreased in recent years. The Slavyanka river basin is characterised by a progressively increasing anthropogenic contribution to river runoff formation, associated with both leakage and discharge of runoff and uncontrolled water intake. As a result of dissection of the Slavyanka river hydrograph, three types of feeding were identified: groundwater (karst water) — 53 %, snow water — 13 %, rain water — 34 %. Karst waters prevail in the river feeding in the first half of the year and in the low-water period. During the rest of the time, rainwater dominates. The average water discharge for the observation period was 143 l/s.
The short series of monitoring observations of water balance elements and difficulties in their quantification do not yet allow us to create a balanced equation. Nevertheless, the author's calculations of individual
elements and expansion of the range of water balance equation terms in the future will significantly facilitate the solution of this problem.
It was found that the temperature distribution downstream of the Slavyanka River is related to the ratios of surface and groundwater feeding. In the areas where karst waters prevail, the thermal background is always lower. The annual regime of water temperatures is closely connected with the course of air temperatures. The downward wing of the cooling phase is observed from mid-late summer to mid-December, while the upward wing of the warming phase is recorded during the rest of the year. There are two points of water homothermia (14-15°C) in late October and late April.
Changes in water salinity downstream of the river are also attributed to different ratios of low-salinity karst and high-salinity surface waters. The annual salinity regime shows a karst-mediated dependence on the precipitation regime.
Keywords: small river, basin, runoff, type of river feeding, karst, water balance, thermal and hydrochemical regime, Slavyanka, Simferopol.
References
1. Timchenko Z.V. Reki Simferopolya (Rivers of Simferopol) // Ustojchivy'j Kry'm. Simferopol' -yuzhnaya stolicza. Kiev-Simferopol': Sonat, 2001. S. 264-275. In Russian.
2. Novik V.A., Mustafaeva Z.R., Ablyazizova D.D., Koczyax T.A. Slavyanka - slavnaya reka Simferopolya (Slavyanka is a glorious river of Simferopol) // Ustojchivy'j Kry'm: vodny'e resursy'. Simferopol': Tavrida, 2003. S. 281-283. In Russian.
3. Oliferov A.N., Timchenko Z.V. Reki i ozera Kry'ma (Rivers and lakes of Crimea). Simferopol': Dolya, 2005. 216 s. In Russian.
4. Dvojchenko P.A. Mineraly' Kry'ma (Minerals of Crimea) // Zapiski Kry'mskogo obshh-va estestvoispy'tat. Simferopol', 1914. T. IV. 208 s. In Russian.
5. Klimchuk A.B., Timoxina E.I., Amelichev G.N., Dublyanskij Yu.V., Shpyotl' K. Gipogenny'j karst Predgornogo Kry'ma i ego geomorfologicheskaya rol' (Hypogenic karst of the Piedmont Crimea and its geomorphological role). - Simferopol': DiAjPi, 2013. 204 s. In Russian.
6. Amelichev G.N, Tokarev S.V., Vaxrushev B.A., Naumenko V.G., Amelichev E.G. Karstologicheskie issledovaniya uchastkov dorozhnogo stroitel'stva s neaktivny'm proyavleniem karstovy'x processov (na primere ob''ezdnoj avtodorogi g. Simferopolya) (Karstological studies of road construction sites with inactive manifestation of karst processes (using the example of the Simferopol bypass road)) // Uchyony'e zapiski Kry'mskogo federal'nogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. Tom 3 (69). №2. 2017. S.256-264. In Russian.
7. Amelichev G.N., Vaxrushev B.A., Tokarev S.V. Karstologo-speleologicheskaya izuchennost' i sovremennoe sostoyanie karsta goroda Simferopolya (Karstological and speleological study and the current state of the karst of the city of Simferopol) // Uchyony'e zapiski Kry'mskogo federal'nogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. Tom 9(75). №1. 2023. S. 151-167. In Russian.
8. Dublyanskaya G.N., Dublyanskij V.N. Teoreticheskie osnovy' izucheniya paragenezisa karst-podtoplenie (Theoretical foundations for studying the karst-flooding paragenesis). Perm': Izd-vo PGU, 1998. 204 s. In Russian.
9. Volkova N.E., Ivanyutin N.M., Yunchik Yu.A. Kompleksnaya ocenka kachestva vody' rodnikov goroda Simferopol' (Comprehensive assessment of water quality in Simferopol city springs) // E'konomika stroitel'stva i prirodopol'zovaniya. 2022. № 3 (84). S. 88-95. In Russian.
10. Kal'fa T.F. E'kologicheskoe sostoyanie podzemny'x vod Simferopolya (Ecological state of groundwater in Simferopol) // Uch. Zapiski TNU. Seriya: geografiya. 2007. T.20(59). №2. S.188-193. In Russian.
11. Vazhov V.I. Celebny'j klimat (Healing climate). Simferopol': Tavriya, 1979. 80 s. In Russian.
12. Resursy' poverxnostny'x vod SSSR (Surface water resources of the USSR). L.: Gidrometeoizdat, 1966. T.6. Vy'p. 4. 345 s. In Russian.
13. Klimat i opasny'e gidrometeorologicheskie yavleniya Kry'ma (Climate and dangerous hydrometeorological phenomena of Crimea). Pod red. K.T. Logvinova i M.B. Barabash. L.: Gidrometeoizdat, 1982. 318 s. In Russian.
14. Letopis' pogody' v Simferopole (Weather Chronicle in Simferopol) [E'lektronny'j resurs]. Rezhim dostupa: http://www.pogodaiklimat.ru/history/htm (25.08.2024). In Russian.
15. Ved' I.P. Klimaticheskij atlas Kry'ma (Climate Atlas of Crimea). Simferopol': Tavriya-Plyus, 2000. 120 s. In Russian.
16. Snegur N.I. Vodny'e resursy' (Water resources) // Ustojchivy'j Kry'm. Simferopol' - yuzhnaya stolicza. Kiev-Simferopol': Sonat, 2001. S.223-232. In Russian.
17. Dublyanskij V.N., Kiknadze T.Z. Gidrogeologiya karsta al'pijskoj skladchatoj oblasti yuga SSSR (Hydrogeology of karst of the Alpine folded region of the southern USSR). M: Nauka, 1984. 128 s. In Russian.
18. Amelichev G. N., Oliferov A. N., Novikova F. N. Gidrologicheskie osobennosti reki Abdalka (Simferopol') v oblasti pitaniya artezianskogo bassejna Ravninnogo Kry'ma (Hydrological features of the Abdalka River (Simferopol) in the feeding area of the artesian basin of the Crimean Plain) // Uchyony'e zapiski Kry'mskogo federal'nogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. Tom 3 (69). №1. 2017. S. 161-176. In Russian.
19. Turc L. Estimation of irrigation water requirements, potential evapotranspiration: A simple climatic formula evolved up to date // J. Ann. Agron., 1961. 12: 13-14.
20. Amelichev G.N., Tokarev S.V. Izuchennost' podzemny'x karstovy'x vod Simferopolya (Study of underground karst waters of Simferopol) // Sbornik nauchny'x trudov Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii «Global'ny'e vy'zovy': priroda, obshhestvo, texnologii». Simferopol': KFU imeni V.I. Vernadskogo, 2024. S. 44-50. In Russian.
Поступила в редакцию 07.09.2024 г.
