CC BY
40
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2010, том 16, № 3 (43), с. 49-56
=————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ -
УДК 556.5 (470. 324)
ИЗМЕНЕНИЕ РЕЧНОЙ СЕТИ И ОБВОДНЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ БАССЕЙНА ВЕРХНЕГО И СРЕДНЕГО ДОНА НА ФОНЕ СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ХОЗЯЙСТВЕННЫХ УСЛОВИЙ
© 2010 г. В.А. Дмитриева
Воронежский государственный университет Россия, 394068 Воронеж, ул. Хользунова, д. 40. E-mail: [email protected]
Реферат: В статье рассматриваются современные изменения густоты речной сети, протяженности водотоков, обводненности и иные природные процессы, являющиеся следствием глобальной климатической перестройки и хозяйственного освоения речных водосборов, являющиеся важным фактором функционирования экосистем. Ключевые слова: водоток, речная сеть, водные ресурсы, водообеспеченность.
Современные изменения в режиме тепла и влаги приземного слоя атмосферы являются следствием планетарных климатических процессов. Регистрируемое в настоящее время увеличение температуры нижней тропосферы имеет локальное преломление и по-разному проявляется на ограниченных по площади участках. В бассейне Верхнего и Среднего Дона, где располагается Воронежская область, изменениями охвачены все основные компоненты климата: температура и влажность воздуха, атмосферные осадки и др. Средняя многолетняя температура воздуха для г. Воронеж за период инструментальных наблюдений, с 1921 г. по 2008 г., составляет 6.2 °С, что на 0.6 °С выше, чем 20 лет назад, в период 1921-1985 гг. (Климат Воронежа, 1986). Тенденцию роста подтверждает устойчивое статистически значимое (95%) повышение средней годовой температуры воздуха (r=0.5, рис. 1).
10 т
Рис. 1. Среднегодовая температура воздуха по метеостанции Воронеж. Fig. 1. Average annual air temperature at the Voronezh meteorological station.
За рассматриваемый отрезок времени температура холодного периода повысилась на 2.1 °С. Увеличение температуры воздуха происходит преимущественно за счет зимнего сезона. Внутри сезона рост её величины характерен для декабря и января. Наиболее теплыми были два десятилетия: 1960-1969 гг. и 1990-1999 гг. Температурный скачок в эти годы составил 0.4 °С.
Потепление климата, проявившееся в увеличении среднегодовой температуры воздуха, способствует более интенсивному прогреванию поверхностных вод. Сокращение на реках области безледоставного периода удлиняет продолжительность периода с положительными температурами воды. Малые водотоки, подверженные зарастанию водной растительностью, чутко реагируют на изменение температуры водной массы. Срок вегетации водных растений растягивается во времени, а скорости течения из-за увеличения биомассы уменьшаются. Вследствие этого русла рек Битюг, Россошь, Черная Калитва, Богучарка, Толучеевка и других притоков Дона (рис. 2) в ряде мест среднего и нижнего течения превратились в заросшие, заболоченные, многорукавные поймы. Нередко русла суживаются и мелеют до брода (реки Россошь, Икорец).
Рис. 2. Реки Воронежской области. Fig. 2. Rivers of the Voronezh region. АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2010, том 16, № 3 (43)
Важным условием сохранения рек, как элементов географического ландшафта и источников водных ресурсов, является увлажнение территории. Оно определяется, главным образом, гидротермическими условиями: атмосферными осадками и температурой воздуха.
Суммарное годовое количество атмосферных осадков на территории Воронежской области постепенно увеличивается (рис. 3). Рост годовой суммы осадков происходит за счет их увеличения в осенне-зимний период.
900
800
700
S 600
500
400 j
300 -м о\
Годы
Рис. 3. Годовая сумма атмосферных осадков по метеостанции Воронеж. Fig. 3. Annual precipitation registered at the Voronezh meteorological station.
В весенний и летний сезоны отмечается отрицательная динамика в многолетнем ходе атмосферных осадков, что отражается на состоянии водных объектов, в частности, рек, поскольку «реки - продукт климата». Летние осадки преимущественно затрачиваются на испарение и не дают прибавку к речному стоку, реки переходят на подземное питание. Вследствие этого уменьшаются глубины водотоков, скорости течения, сокращаются расходы воды.
Откликом на изменения гидротермических условий является современная динамика поверхностного речного стока. Многолетние колебания среднегодовых расходов воды за период мониторинга с 1895 по 2009 гг. указывают на слабую тенденцию уменьшения годового стока и более существенное снижение максимальных значений годовых расходов воды (рис. 4).
Исторический максимум среднегодового стока на р. Дон у г. Лиски, наблюдавшийся в 1970 г., в последующие годы не был превышен. Значительное уменьшение стока в конце предыдущего и начале текущего столетия наблюдалось с 1997 по 2004 гг. В течение 8 лет годовой сток на р. Дон у г. Лиски был ниже среднего многолетнего на 2-24%, что сформировало устойчивое снижение стока. Оно явилось следствием сокращения максимального стока и объемов весеннего половодья, составляющих в годовом стоке в настоящее время 58%. В последующие годы, начиная с 2005 г., годовой сток повышался, что сказалось на изменчивости стока.
В условиях интенсивной освоенности бассейна реки Дон важное воздействие на природные связи оказывает человек. Урбанизация и хозяйственное освоение Донского бассейна на современном этапе достигают 85% площади. Воды Дона и его притоков обеспечивают функционирование водохозяйственного комплекса области, в частности,
y = 1.2538x + 498.64 Т r = 0.31
3 9
4 9
5 9
6 9
7 9
8 9
9 9
0 0 2
атомной и тепловой энергетики и иных отраслей промышленности, сельского и коммунально-бытового хозяйств. Коэффициент использования водных ресурсов, т. е. отношение объема водозабора к минимальной водности рек в лимитирующий зимний период, остается высоким, несмотря на кризисные явления во многих отраслях экономики. В отдельные годы коэффициент использования водных ресурсов Дона достигает максимального значения 63.5% (Государственный доклад..., 2002) и является одним из самых высоких в стране.
500 т
400
300
200 -
100
y = -0.1327x + 259.36 r = - 0.06
555 345 999
Годы
55555 vo эо о\ о
99990 11112
Рис. 4. Среднегодовые расходы воды р. Дон у г. Лиски. Fig. 4. Average annual water discharge of the Don river at Liski hydrological station.
Глобальные климатические процессы, имеющие региональное отражение, в совокупности с усиливающейся хозяйственной деятельностью на речных водосборах в бассейне Дона, по-видимому, и приводят к трансформации количества и морфометрии водных объектов на территории Воронежской области. В первую очередь страдают малые ручьи и реки, мелкие озера и пруды, составляющие основу гидрографической сети. Изменения в региональной гидрографии, отмечаемые с середины прошлого столетия, проявились в исчезновении водотоков (пересыхание от истока к устью), сокращении длины (частичное пересыхание), утрате прежнего статуса (превращение постоянного водотока во временный), изменении размеров и конфигурации береговой линии озер и прудов. За анализируемый период утраченная длина постоянных рек составляет 510 км, что сопоставимо с длиной Дона в границах Воронежской области, и равняется 5.2% от современной протяженности водотоков (Дмитриева, 2008).
Средняя густота речной сети с учетом самых малых водотоков, изображенных на карте масштаба 1 : 200 000 (Воронежская ..., 2000), равна 0.185 км/км2. По отдельным притокам Дона, образующим собственные речные системы, коэффициент густоты речной сети изменяется от 0.34 до 0.07 км/км2 (табл. 1).
В бассейнах рек Большая Верейка, Ведуга, Воронеж, Хворостань, Икорец, Битюг густота речной сети с севера на юг изменяется от 0.30 до 0.22 км/км2.
На правобережье Дона самая высокая густота отмечается в бассейне Большой Верейки -0.30 км/км2. Эта часть территории области и наиболее увлажнена. Южнее устья Ведуги густота речной сети резко убывает. Короткие и неразветвленные притоки правобережья Дона
образуют разреженный рисунок речной сети.
Левобережье Дона, от границы с Липецкой областью до устья Битюга, включающее речные бассейны Воронежа, Хворостани, Икорца, Битюга, более однородно по величине густоты речной сети, чем правобережье. Ее значение колеблется в пределах 0.27-0.22 км/км2 (рис. 2). Из-за хорошо развитой речной сети в бассейне реки Воронеж на этом участке реки Дон появляются притоки 6-го и 7-го порядков, что не наблюдается на остальной территории области.
Таблица 1. Густота речной сети в бассейнах отдельных рек Воронежской области. Table 1. River net's density of the Voronezh oblast.
№ п/п Название реки Суммарное кол-во притоков Длина*, км Площадь бассейна, 2 км Густота речной сети, км/км2
общая длина
главной реки притоков речной системы
1 Большая Верейка 25 46 85 131 435 0.30
2 Ведуга 36 83 245 328 1380 0.26
3 Девица 18 80 140 220 1520 0.15
4 Воронеж 97 87 715 802 2920 0.27
5 Хворостань 21 79 142 221 1080 0.22
6 Потудань 17 61 104 165 980 0.17
7 Тихая Сосна 7 64 46 110 1030 0.11
8 Икорец 61 104 344 448 2000 0.22
9 Битюг 193 263 1347 1610 6950 0.23
10 Осередь 13 89 95 184 2420 0.08
11 Черная Калитва 28 104 261 365 3580 0.10
12 Мамоновка 3 23 21 44 608 0.08
13 Богучарка 17 105 115 220 3240 0.07
14 Толучеевка 29 143 319 462 5030 0.09
15 Белая 16 40 89 129 990 0.13
16 Хопер 181 206 1653 1859 9240 0.20
17 Ворона 17 65 161 226 1040 0.22
18 Карачан 21 71 156 227 957 0.24
19 Савала 130 168 973 1141 4570 0.25
20 Елань 100 145 695 840 2630 0.32
21 Токай 18 92 105 197 572 0.34
22 Кардаил 8 20 60 80 320 0.25
Примечание: * - здесь и далее длина водотоков дана с принятой в гидрологии точностью до целого километра; все морфометрические характеристики рек, указанные в статье, приводятся в пределах Воронежской области. Note: * - hereinafter the length of water currents is given with the accuracy accepted in a hydrology to the whole kilometer; all characteristics of the river's morphometry specified in article, are resulted within the Voronezh region.
Правобережные притоки Дона ниже устья Ведуги (Красная Девица, Нижняя Девица, Потудань, Тихая Сосна, Черная Калитва, Богучарка) и левобережные ниже устья Битюга (Осередь, Мамоновка, Богучарка, Толучеевка и другие) принимают небольшое количество мелких рек-притоков, отчего густота речной сети в бассейне Богучарки падает до минимума (0.07 км/км2). Только в бассейнах рек Красная Девица и Потудань густота речной сети
увеличивается до 0.15-0.17 км/км2, а в бассейнах рек Тихая Сосна, Нижняя Девица, Черная Калитва, Осередь, Мамомновка, Толучеевка она так же низка (от 0.11 до 0.07 км/км2).
Между бассейнами рек Черная Калитва и Богучарка в правобережной части Дона расположена верхняя часть бассейна реки Белая (бассейн Северского Донца). Эта река, протекая на протяжении 40 км по территории Воронежской области, принимает 16 притоков общей длиной 89 км, которые вместе с главной рекой образуют сравнительно густую речную сеть, равную 0.13 км/км2.
Восточную часть области занимает бассейн реки Хопёр. Это крупный приток Дона 1-го порядка, не соединяющийся с главной рекой в границах области и образующий сравнительно обособленную от Дона речную систему.
Наибольшие значения густоты речной сети отмечаются в бассейнах рек Токая и Елань: 0.34 и 0.32 км/км2 соответственно, что в 1.6-1.7 раза выше ее средних значений в бассейне Хопра. Густота речной сети в его бассейне убывает с запада на восток. В бассейне реки Ворона значение наименьшее - 0.22 км/км2. Средний коэффициент густоты речной сети в целом для бассейна Хопра - 0.20 км/км2, что меньше, чем во входящих в него бассейнах более мелких рек.
Таким образом, густота речной сети на территории Воронежской области характеризуется пестротой распределения, ее значения убывают с севера на юг и с северо-запада на юго-восток, принимая наибольшее значение в бассейне Елани (0.34 км/км2), а наименьшее в бассейнах Осереди (0.08 км/км2), Мамоновки (0.08 км/км2) и Богучарки (0.07 км/км2). Граница территорий, различающихся по густоте речной сети, превышающей значение 0.20 км/км2, проходит по линии устье Ведуги - русло Дона - устье Битюга -замыкающий створ Хопра на границе с Волгоградской областью.
На протяжении последних 3-4 десятилетий произошли заметные изменения в показателях количества, протяженности и густоты речной сети. Так, среднее для области значение густоты речной сети уменьшилось на 0.025 км/км2 (11.9%), количество водотоков, включая самые малые, снизилось на 146 (10.9%), а протяженность рек и ручьев на 1459 километров (13.1%). Несмотря на расхождение в методических приёмах и используемого инструментария при проведении гидрографических исследований 1970-х годов XX в. и начала XXI в., тенденция сокращения числа водотоков, их длины и уменьшения густоты речной сети прослеживается вполне убедительно. Такая динамика за историческое время характерна для территории всего Верхнего Дона.
Речные потоки - основа динамических водных ресурсов Воронежской области. В средний по водности год в них формируются запасы воды, оцениваемые в 3.63 км3, что в пересчете на слой годового стока составляет 69 мм. Этого объема водных ресурсов недостаточно не только для развития водоемких отраслей производства, но и стабильной и надежной работы сложившихся отраслей производства. Положение усугубляется ещё и неравномерностью внутригодового распределения стока. Основная доля речного стока, до 60% годового объема, приходится на весну, весеннее половодье. В остальные сезоны года реки сильно мелеют, водность их падает. В связи с этим в области, как и в бассейне Верхнего и Среднего Дона в границах Центрального Черноземья, сооружено большое количество прудов и водохранилищ для задержания талых вод.
В условиях водного дефицита в летнюю межень создание прудов рассматривалось как одно из главных мероприятий по увеличению обводненности территории. Искусственные водоемы в области стали строить еще в начале XX века. Известны пруды Каменной Степи, имеющие не только водохозяйственное, но и водоохранное и рекреационное назначение. Наиболее интенсивное строительство прудов и водохранилищ прослеживается с 1965 по 1985 гг. Для Воронежской области характерны пруды преимущественно в границах
склонового типа местности, расположенные в верховьях балок, с глубиной эрозионного вреза до 5-10 м (Михно, Добров, 2000).
Фонд искусственных водоемов области (прудов) включает в настоящее время 1655 единиц общей площадью водного зеркала 462 км2 (Дмитриева, Давыдова, 2009). В водный фонд не вошли гидротехнические сооружения, имеющие противоэрозионное назначение. Наибольшее количество прудов сооружено в левобережной части Дона, на Окско-Донском плоскоместье, в бассейнах рек Битюг, Елань, Хопер, Ворона, Савала, Икорец, Подгорная и др. По площади водной поверхности и объему воды, в них сосредоточенных, пруды преимущественно небольшие. Очень малые водоемы характерны для юга Воронежской области, бассейнов рек Криуша, Матюшина, Россошь. Площадь водной глади в подавляющей части прудов не превышает 0.1 км2 (табл. 2). Пруды с площадью водного зеркала до 0.2 км составляют 89.5% от всего количества искусственных водоемов на территории области.
Искусственные водоемы создают дополнительную обводненность территории Воронежской области. Ее величина, рассчитанная в процентах как отношение суммарной площади водного зеркала 1655 прудов к площади территории области составляет 0.81%. По речным бассейнам, слагающим речной водосбор Дона в границах области, обводненность меняется от 0.52% до 1.63%. Объем воды, задерживаемый в прудах и водохранилищах, составляет 0.77 км3. С учетом статических запасов воды в искусственных водоемах слой стока возрастает до 84 мм.
Таблица 2. Классификация прудов по размеру площади водного зеркала. Table 2. Classification of ponds on the base of the water surface area.
Класс Площадь водного зеркала, км2 Количество прудов Доля от общего количества прудов, %
1 0-0.1 1325 80.1
2 >0.1-0.2 156 9.4
3 >0.2-0.3 44 2.6
4 >0.3-0.9 54 3.3
5 >0.9-2.0 68 4.1
6 >2.0-6.0 8 0.5
Всего 462 1655 100
Гидрологическая роль прудов в большей степени проявляется в перераспределении склонового и тальвежного стока, развитии и видовой изменчивости прибрежной растительности. Экспедиционные исследования, выполненные в летний меженный период 2006-2007 гг. на многочисленных прудах Воронежской области показали (Хлызова и др., 2007), что часть водоемов активно зарастает водной растительностью, изменяется её видовой состав, особенно в амфибиальном блоке экотонной системы «вода-суша». Увеличение отмирающей фитомассы ведет не только к ухудшению качества воды, но и заилению и обмелению водоемов. Вследствие этого за последние 40 лет водные объекты области претерпели изменения. Многие водоемы искусственного происхождения поменяли свои очертания, длину береговой (урезной) линии и другие морфометрические параметры, качественные свойства вод. Определенную негативную роль вносит человек, и тем больше, чем больше водозабор из пруда на хозяйственные нужды, и чем больше поступление сбросных вод с поверхности речного водосбора в первичную гидрографическую сеть.
ДМИТРИЕВА Выводы
1. Современное изменение гидрографической сети является реакцией на объективные природные процессы и хозяйственную деятельность человека в речном бассейне.
2. Элементы гидрографической сети: малые реки и пруды в современных климатических условиях и уровне хозяйственной деятельности испытывают деградацию. Речная сеть сокращается, пруды мелеют и исчезают, что является следствием изменения природных и антропогенных факторов.
3. Густота речной сети области за последние 3-4 десятилетия сократилась на 14%, а протяженность - на 13.3%.
4. На территории области в настоящее время действует 1655 прудов. Пруды создали дополнительную обводненность территории области на 0.81%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Воронежская область: топографическая карта. 2000. Мб. 1 : 200 000. М.: ЦЭВКФ. 48 с. Государственный доклад о состоянии и использовании водных ресурсов Российской
Федерации в 2001 г. 2002. / Гл. ред. Н.М. Тарасов. М.: ВНИИгеосистем. 480 с. Дмитриева В.А. 2008. Гидрологическая изученность Воронежской области. Каталог
водотоков. Воронеж: ИПЦ ВГУ. 225 с. Дмитриева В.А., Давыдова Н.С. 2009. Роль прудов в обводненности и формировании качества вод Воронежской области // Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации. Материалы XIII Международной научно-практической конференции, г. Липецк, 9 декабря, 2009 г. Липецк: Издательство ЛПГУ. С. 33-36. Климат Воронежа. 1986. / Ред. Ц.А. Швер, С.А. Павлова. Л.: Гидрометеоиздат. 104 с. Михно В.Б., Добров А.И. 2000. Ландшафтно-экологические особенности водохранилищ и
прудов Воронежской области. Воронеж: ВГПУ. 185 с. Хлызова Н.Ю., Новикова Н.М., Давыдова Н.С. 2007. Инвазийные виды растений в экотонных системах (вода-суша) малых искусственных водоемов Воронежской области // Естественные инвазийные процессы формирования биоразнообразия водных и наземных экосистем. Тезисы докладов Международной научной конференции / Отв. ред. Г.Г. Матишов. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН. С. 317319.
CHANGES IN THE RIVER NET AND IN THE WATER QUANTITY IN THE REGIONS OF THE UPPER AND MIDDLE STREAM OF THE DON RIVER IN RESULT OF CURRENT CLIMATIC CHANGES AND ECONOMIC DEVELOPMENT
© 2010. V.A. Dmitriyeva
Voronezh State University Russia, 3940068 Voronezh, Kholzunova str., 40. E-mail: [email protected]
Abstract. In the article there is analysis of contemporary changes of the river net density, stream length, water quantity and natural processes which may be the consequences of global climatic changes and economic development within the river basins.
Key words: stream, river net density, water resources, water quantity, water supply.
