CC BY
20
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 1 - 2, 2015
УДК 556.18+551.4
ПОМЕСЯЧНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОКА НЕИЗУЧЕННЫХ МАЛЫХ РЕК ЮГА СРЕДНЕ - СИБИРСКОГО РЕГИОНА КАК ФАКТОР ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СТОКА
И.В. Бабкина, В.П. Корпачев
ФГБОУ ВПО Сибирский государственный технологический Университет, 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, [email protected]
Статья посвящена вопросу определения внутригодового распределения стока для неизученных малых водотоков, как необходимого фактора при определении эксплуатационных ресурсов гидроэкологической системы. Представлены результаты исследований для условий юга Средне-Сибирского региона.
Ключевые слова гидро-экологическая система, малые водотоки, годовой сток, внутригодовое распределение стока, районирование
The article is devoted to determination of the annual runoff for unexplored small watercourses, as a necessary factor in determining the operation of resources of hydro-ecological system. Results are given for conditions of the South of Central Siberia region.
Keywords: hydro-ecological system, small water flows, annual drain, intra-annual sink distribution, the division into districts
ВЕДЕНИЕ
Вопросы сохранения водных объектов, а, следовательно, и всей гидроэкологической системы, от качественного и количественного истощения современное управление водными ресурсами предполагает решить в рамках договорных отношений или выдачи решений на пользование водным объектом с определением условий водопользования. В качестве одного из основных условий, выставляемых хозяйствующему субъекту, является пользование водными ресурсами в пределах установленных лимитов и квот на водопотребление и водоотведение.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Решение проблемы по определению последних должно базироваться на учете не валовых, а эксплуатационных водных ресурсов, которые для региона юга Средней Сибири не определены. Эта информация представляет интерес при осуществлении многих водохозяйственных расчетов, экономической оценке состояния водных систем и др.
Несмотря на общее снижение водопотребления из поверхностных водных объектов (Бабкина, 2011, 2012), использование малых рек по-прежнему достигает 80-90% используемых водохозяйственных целях поверхностных водотоков юга Красноярского края, Хакасии, Тывы.
Эксплуатационные ресурсы (располагаемые естественные), представляющие собой безопасные для водных объектов объемы изъятия водных ресурсов в разные сезоны водного режима, определяются как разность между естественной и природоохранной водностью.
Не акцентируя внимания на определении природоохранной водности, оценка помесячного и сезон-
ного распределения естественной водности требует с одной стороны знания годовых величин стока, а с другой - его распределение стока внутри года, как по месяцам, так и по сезонам.
Отсутствие данных гидрометрических наблюдений в заданном створе предполагает определение расчетного внутригодового распределения стока по данным рек-аналогов или по районным схемам и по региональным зависимостям (Бабкина, 1997, СП33-101-2003).
При использовании метода аналогии, относительные значения стока заданной вероятности превышения за все месяцы соответствующей градации водности определяют путем расчета по данным достаточно длительных наблюдений на реке-аналоге. Согласно СП 33-101-2003 (свод правил по проектированию и строительству определение основных расчетных гидрологических характеристик) необходимо иметь как минимум два года наблюдений в исследуемом пункте.
Для малых рек рассматриваемой территории также имеются проблемы при выборе пункта-аналога из-за многообразия природных условий и незначительного количество гидрологических пунктов наблюдений за местным стоком около 114. Например, в бассейне Нижней Ангары пункты стационарных наблюдений на реках с площадью менее 200 км2 практически отсутствуют (Бабкина, 1997).
Подбор аналога требует выполнение достаточно большого числа условий, таких как: однотипность стока реки-аналога и исследуемой реки, географическая близость расположения водосборов; однородность условий формирования стока; сходство климатических условий, однотипность почв (грунтов) и гидрогеологических условий; близкая степень озерности, залесенности, заболоченности и распаханности водо-
И.В. Бабкина, В.П. Корпачев: Помесячное распределение стока неизученных малых рек юга средне-сибирского региона.
сборов; соотношение средних высот водосборов; учет для горных и полугорных районов экспозиции склона и гипсометрии, отсутствие факторов, существенно искажающих естественный речной сток (регулирование стока, сбросы воды, изъятие стока на орошение и другие нужды). В связи с этим более целесообразно использовать для определения внутригодовое распределение по районным схемам внутригодового распределения стока, что предполагает, прежде всего, их наличие для района проектирования.
Такое районирование для юга Средней Сибири проведено по преобладающему типу годового распределения стока (Бабкина, 1997, Гидрологиче-ские...,1990, Методические...,1987, Бабкина, 1991, 2003) на основе анализа гидрометрических данных ГМС за 1932...1985гг. по 79 малым рекам и материалам наблюдений лаборатории водных ресурсов Сибирского научно-исследовательского института гидротехники (за 1972 - 1988 гг.) на 25 малых опорных водотоках в различных ландшафтных условиях с площадями водосборов от 0,36 до 50 км2. Максимальная продолжительность наблюдений на стационарных пунктах ГМС составила 39 лет, на опорных пунктах лаборатории - 17 лет.
Внутригодовое распределение стока по месяцам установлено по гидрографам реальных лет для условий различной водности (5, 25, 50, 75 и 95%-й обеспеченности), которая оценивалась по вероятности превышения годового стока. Установлено, что при сохранении однотипности характера внутригодового распределения на некоторых реках могут наблюдаться отличия из-за определенных природных особенностей, присущих конкретным водосборам, например карст (р.р. Тесь, Туим и др.), озёрность, залесён-ность, заболоченность (р.р. Тюхтяты, Низкозопка и др.), русловое регулирование (р.р. Ирба, Уйбат, Ерба).
Группировка рек по типам внутригодового распределения осуществлена с учётом прохождения наибольшей доли годового стока в конкретный месяц (апрель ... июль), что в конечном итоге является результатом комплексного действия всех стокообразую-щих факторов в бассейне. В работах (Бабкина, 2012, Гидрологические...,1990) представлены в табличной форме и в виде детальных схематических карт типовые схемы распределения стока малых рек по меся-
цам ( в %-м отношении к его годовому объёму) для года средней водности (» 50%-я обеспеченность), многоводных (5 и 25%-я обеспеченность) и маловодных лет (75, 95%-я обеспеченность).
К району I отнесены малые реки, максимум стока которых формируется в апреле. Это водотоки степной, лесостепной зон Минусинской и Канско-Рыбин-ской котловин, а также прилегающих к ним переходных к предгорьям залесенных территорий. К ним относятся притоки рек Абакана и Тубы и часть малых рек непосредственно впадающих в Енисей (р.р. Биря, Тесь), а также притоки р. Кан (р.р. Большая Уря, Большая Тель). Для рек 11-го района максимум стока наблюдается в мае. Он занимает самую большую часть рассматриваемой территории: предгорья Восточного Саяна, межгорные районы Западного и Восточного Саяна, Кемчугскую лесную возвышенность, Тувинскую котловину, а также бассейны Большого и Малого Енисея. Его отличительной особенностью является более высокое высотное положение. Здесь наблюдается практически весь диапазон возможной увлажненности бассейнов: от 250 мм в Тувинской котловине до 1200 мм в месте схождения хребтов Ку-лумысского, Ойского, Метугул-Тайга, Тыстыгем и др. На половодье в более поздние сроки (по сравнению с реками I района) накладываются летние дождевые паводки, что в конечном счёте, обусловливает повышенный сток и в летние месяцы. Районы III и IV (максимум стока в июне, июле) занимают меньшие, но практически, самые высокие горные участки территории (1000-1800 м) с разной степенью увлажненности (350-1400 мм). Сюда входят бассейны рек Ус, Уюк, верховья рек Мана, Казыр, Кизир, Кан, Агул, Амыл, Кантегир, Абакан (правобережные притоки), а также реки юго-восточных склонов Западного Саяна и северных склонов хребта Танну-Ола. Эти районы имеют крайне слабую гидрологическую изученность, поэтому характер внутригодового распределения стока установлен по р.р. Мимия, Шагонар (для III района) и р.р. Тапса, Ак-Суг (для IV района). В качестве примера приводится генерализованная типовая схема внутригодового распределения стока в средний по водности год (таблица 1, рисунок 1), отражающая наиболее типичные особенности помесячного распределения в различных районах территории.
Таблица 1 - Внутригодовое распределение стока (относительные месячные значения стока в % от годового стока) малых рек для среднего по водности года (50%-я обеспеченность)
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Район I. Максимум стока наблюдается в апреле. Минусинская, Канско-Рыбинская котловины, степная, лесостепная зоны и прилегающие к ним территории Н =250-750 м, ХГ=400-600 мм, /л =(0-100%)
0,90 1,25 3,40 49,2 14,8 7,50 5,60 4,95 4,65 3,60 2,80 1,30 Район II. Максимум стока наблюдается в мае. Кемчугская лесная возвышенность, переходная зона к предгорьям Восточного Саяна, правобережье (в нижнем течении) р. Кан, межгорные районы Западного и Восточного Саяна, бассейн Большого и Малого Енисея, Тувинская котловина
Открытые, /л £ 30%, Н =520-900 м, Хг£ 350 мм
0,41 0,001 0,049 13,9 16,0 ' 13,2 15,1 12,9 11,4 9,50 5,30 2,20
Частично залесенные, [ £ 50%, Н =600 м, Х' =600-800 мм
1,70 1,50 1,80 27,5 33,5 8,10 5,60 4,10 5,70 5,60 2,70 2,20
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 1 - 2, 2015
Окончание таблицы
1
2
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Залесенные, / 5 60%, Н £ 700 м, Хг =400-600 мм
' ■> л ' ' Г
0,70 0,90 1,40 11,5 57,2 11,6 6,50 3,30 2,20 2,10 1,70 1,00
Залесенные, /з 60%, Н £ 1600 м, Х =400-1200 мм
л г
1,68 1,52 1,78 7,24 24,3 19,8 11,6 9,79 8,95 6,75 3,99 2,60
Перемерзающие водотоки
0 0 1,32 16,7 35,4 9,61 21,8 4,37 3,38 6,10 7,32 0
Район III. Максимум стока наблюдается в июне. Долина р. Ус, верховья рек Мана,Кизир, Казыр, северные склоны хребта Танну-Ола, верховья рек Кана, Агула, Амыла, Кантегира, бассейн р. Уюка
1,54 1,26 1,32 4,10 15,9 29,8 13,7 11,9 9,40 5,72 3,26 2,10
Перемерзающие водотоки
0 0 0 6,10 14,1 31,7 23,6 11,2 8,30 4,10 0,90 0 Район IV. Максимум стока наблюдается в июле. Юго-восточные склоны Западного Саяна и бассейн р.Нижней Буйбы
0,91 0,96 0,94 1,44 6,68 20,2 31,2 14,2 9,21 7,50 4,13 2,64
Перемерзающие водотоки
0,08 0 0 0,80 10,8 19,4 35,5 10,7 17,8 3,71 0,86 0,45
3
1....1У - типовые районы в соответствии с данными таблицы 1.
1 — зоны распространения перемерзающих водотоков.
Рисунок 1 - Схема районирования внутригодового распределения стока для года средней водности (50%-я обеспеченность).
В указанных районах распределение стока по месяцам на малых водотоках с площадями водосборов менее 50 км2 представлено в таблице 2. Особенностью внутригодового распределения стока на водотоках такого порядка является прохождение максимальной доли годового стока от 50 до 100% с открытых водосборов степной, лесостепной зон - в апреле; а на водотоках лесной и горно-таёжной зон (до высоты 1000 м) - в мае. На залесенных / >30% и на слабозалесенных ( / < 30%) водотоках высокогорной (выше 1000 м) зоны максимальная доля годового стока составляет от 30 до 60% и приходится на июнь. Наиболее раннее (март) начало весеннего поступления стока характерно для открытых (функционирующих только весной) водотоков степной (лесостепной) зон. В лесных, предгорных и горных районах этот происходит в а более поздние сроки (апрель, май).
В конкретном плане оценку внутригодового распределения слоя стока малой неизученной реки рекомендуется осуществлять способом, достаточно полно представленном в работах (Гидрологиче-ские...,1990, Методические...,1987) и кратко излагаемом ниже.
С учётом графического местоположения бассейна водотока и заданной вероятности превышения водности по районным схемам (Гидро-логические.,1990) или (Методические.,.,1987) устанавливается номер района и, в соответствии с ним, тип внутригодового распределения по представленным там таблицам. Для рек и водотоков с площадью водосбора менее 50 км2 при определении типового распределения стока рекомендуется использовать данные таблицы 2 или (Бабкина, 2011).
И.В. Бабкина, В.П. Корпачев: Помесячное распределение стока неизученных малых рек юга средне-сибирского региона.
Таблица 2 - Внутригодовое (помесячное) распределение стока (относительные месячные значения стока в % от годового стока) на малых водотоках с площадью водосбора ( Б) менее < 50 км2.
Водность I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
года
Л е с н а я з о н а (I)
Малые водотоки со средней высотой бассейна Н . = 600-800 м
Площадь водосбора F £ 10 км2
Средний 1,9 1,7 1,6 12,0 32,2 10,2 10,6 14,3 5,2 4,4 3,2 2,7
Многоводный 1,3 1,0 1,1 18,8 28,6 10,3 16,7 5,8 6,9 4,1 2,8 2,6
Маловодный 2,1 2,0 1,9 3,9 34,7 12,8 6,6 Перемерзающие водотоки 11,4 7,3 8,6 5,2 3,5
Средний 0 0 0 38,6 26,7 5,0 8,2 6,6 4,2 8,4 2,1 0,2
Площадь водосбора F = 10-50 км2
Средний 1,9 1,6 1,4 14,2 40,8 12,6 10,2 4,1 3,4 4,1 3,5 2,2
Многоводный 0,9 0,8 0,9 30,1 27,7 8,8 16,2 5,5 2,9 3,4 2,2 0,6
Маловодный 2,9 2,4 2,2 9,2 47,5 16,8 6,1 Малые водотоки с Н . = 400-600 м вдсб. Площадь водосбора F £ 10 км2 3,9 2,9 2,6 1,9 1,6
Средний 1,3 0,8 0,4 20,8 51,0 6,2 6,5 2,5 2,3 2,9 2,9 2,0
Многоводный 1,1 1,1 1,1 16,7 46,3 8,6 17,9 3,0 0,7 0,5 1,6 1,4
Маловодный 0,6 0,5 0,5 15,3 50,3 5,0 1,5 Карстовые водотоки, F £ 10 км2 2,8 4,6 11,6 5,2 2,1
Средний 4,1 3,8 3,5 5,6 21,5 14,6 10,7 Перемерзающие водотоки, F £ 10 км2 11,2 7,5 6,7 5,6 5,2
Средний 0 0 0 24,1 31,6 5,6 30,8 4,2 1,2 1,2 1,0 0,3
Перемерзающие водотоки, F £ 10 км2. расположенные в районах крупных промузлов
0 0 0,4 27,3 18,2 7,4 9,3 Площадь водосбора F = 10-50 км2 18,8 9,5 6,7 2,2 0,2
Средний 3,0 3,2 3,3 13,2 34,0 9,0 8,5 7,1 6,5 5,3 3,8 3,1
Многоводный 3,0 3,2 3,0 22,8 33,5 7,8 6,0 5,2 5,0 4,8 3,6 2,2
Маловодный 2,7 2,3 3,5 8,4 18,7 14,3 13,5 Лесостепная и степная зоны (II, III) 11,8 10,4 8,6 5,0 0,8
Малые перемерзающие водотоки с F £ 50 км2 и залесенностью ^ =5%
Средний 0 0 0,1 51,8 15,7 6,4 5,0 5,3 4,8 8,0 2,4 0,5
Малые пересыхающие вдотоки с с F £ 20 км2
Залесенностью[ <5%
Средний 0 0 5,8 94,2 0 0 0 0 0 0 0 0
Многоводный 0 0 0 100 0 0 0 Залесенностью [ =5-10% 0 0 0 0 0
Средний 0 0 3,0 97,0 0 0 0 0 0 0 0 0
Многоводный 0 0 0,1 98,0 0 1,8 0,1 Залесенностью [ =11-20% 0 0 0 0 0
Средний 0 0 0,8 99,2 0 0 0 0 0 0 0 0
Многоводный 0 0 0,5 99,5 0 0 0 Залесенностью[ 3 20% 0 0 0 0 0
Средний 0 0 0,1 97,6 2,3 0 0 0 0 0 0 0
Многоводный 0 0 0 96,5 3,5 0 0 Горно-таежная зона (!Т) 0 0 0 0 0
Малые водотоки с Нвдсб = 1000-1600 м, с F £ 20 км2
Залесенность, [ £ 30% л
Средний 0,7 0,7 0,6 2,5 25,7 28,2 10,5 Залесенность, [ >30% л 12,1 9,8 5,4 2,5 1,3
Средний 1,8 1,4 1,3 1,6 15,4 31,4 12,6 12,6 9,7 5,7 3,9 2,6
Многоводный 1,7 1,5 1,1 1,1 14,9 28,8 12,8 19,7 7,8 4,3 4,0 2,3
Маловодный 1,2 1,5 0,9 1,5 7,5 34,3 14,9 14,1 11,9 6,6 3,5 2,1
Малые водотоки с Нвдсб = 700-1000 м, с F £ 20 км2
Средний 0,6 0,4 0,4 6,9 60,6 9,3 5,2 1,5 6,2 4,2 3,5 1,2
Заболоченные ([б =5-10%) и закарстованные водотоки
Залесенностью[ <5%
Средний 7,4 7,8 7,1 7,4 8,4 9л,7 10,5 Перемерзающие водотоки 9,7 9,7 9,5 6,4 6,4
Средний 0 0 0 6,1 33,3 8,5 15,6 24,7 7,7 3,4 0,6 0,1
Многоводный 0 0 0 12,1 27,7 10,6 10,8 29,7 6,1 2,4 0,6 0,1
Средний 0 0 0 0 52,0 13,0 19,0 13,0 3,0 0 0 0
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 1 - 2, 2015
По таблицам типового помесячного распределения соответствующей расчётной водности (Гидроло-гические...,1990, Методические...,1987) или таблиц 1 и 2 для установленного района с учётом других природных особенностей реки, определяются относительные месячные значения стока (К1 ), выраженные в % от годового стока У (мм).
Расчёт месячных значений слоя стока У1 (мм) за период календарного года с водностью заданной вероятности превышения (р%) выполняется по уравнению:
У,=
Г,р%
100
(1)
где 1 - номер месяца года ( I, II, т.^И). Для расчёта месячных объёмов стока Wi (м3) или среднемесячных расходов воды Qi (м3/с) используются известные соотношения:
= 10ЛУ,^ и
е.
25,9 Ю2
(2)
(3)
где F - площадь водотока (реки) в км2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследования помесячного распределения стока неизученных малых рек возможно в любых требуемых количественных показателях, что может быть использовано для решения любых природо(водо)хо-зяйственных задач.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
Бабкина И.В. Динамика водопотребления из малых рек юга Средней
Сибири // Экология, рациональное природопользование и охрана окружающей среды. Том I.- Красноярск: Лф СибГТУ, 2012.- С.150-152.
Бабкина И.В. Водопотребление из малых рек юга Средней Сибири. Актуальные проблемы охраны природы и рационального природопользования. Материалы 3-х международных научно-практических конференций. Чебоксары. Новое время». 2011. С. 58-60.
Бабкина И.В. Местный сток юга Средней Сибири: автореф. дис. .канд. геогр. наук. Иркутск. 1997. 21 с.
СП 33-101-2003 «Определение основных расчетных гидрологических характеристик»// Свод правил по проектированию и строительству М.: ФГУП ЦПП, 2004. С.101
Международное руководство по методам расчёта основных гидрологических характеристик. -Л.: Гидрометеоиздат, 1984. -С.137-140.
Гидрологические основы водопользования ресурсами малых рек бассейнов Верхнего Енисея, Верхнего Чулыма и Нижней Ангары. Рекомендации. -Красноярск: СибНИИГиМ,1990,с.205.
Методические рекомендации по расчёту параметров местного стока в бассейне Енисея. - Красноярск: СибНИИ-ГиМ. 1989. -79 с.
Бабкина И.В. Районирование внутригодового стока в Красноярском крае //Проблемы мелиорации земель Сибири. -Красноярск: СибНИИГиМ, 1991. -С.123-124.
Бабкина И.В. Годовой сток и его внутригодовое распределение на малых реках юга Средне-Сибирского региона./ Проблемы использования и охраны природных ресурсов центральной Сибири. Вып. 5. Красноярск. 2003. С.113-11
Поступила в редакцию 06.10.14 Принята к печати 20.12.14
