CC BY
23
УДК 502.4.001.4+556.513:556.16] (470.6) ББК 28.088л64 (2Рос-13) М 48
Мельникова Тамара Николаевна
Доцент, кандидат географических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 593936, e-mail: melnikova-agu@mail.ru Туова Тамара Гиссовна
Доцент, кандидат педагогических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп, тел. (8772) 593936, e-mail: tamaratuova@yandex.ru
Мониторинг и оценка нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов Кавказского государственного природного биосферного заповедника
(Рецензирована)
Аннотация. Выполнен анализ мониторинга и оценки нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов Кавказского государственного природного биосферного заповедника (КГПБЗ). Произведены расчеты математических моделей нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов КГПБЗ, представлены три зоны водоносности. Проведенные региональные гидрологические исследования расширяют теоретические и прикладные аспекты изучения водно-ресурсного потенциала.
Ключевые слова: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Кавказский государственный природный биосферный заповедник имени Х.Г. Шапошникова», географическое положение, водосборные бассейны, математические модели нормы годового стока, зоны водоносности, коэффициенты вариации годового стока.
Melnikova Tamara Nikolaevna
Associate Professor, Candidate of Geography, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 593936, e-mail: melnikova-agu@mail.ru Tuova Tamara Gissovna
Associate Professor, Candidate of Pedagogy, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Maikop, ph. (8772) 593936, e-mail: tamaratuova@yandex.ru
Monitoring and evaluation of the annual flow rate of the rivers of the main catchment basins of the Caucasus State Natural Biosphere Reserve
Abstract. The analysis of monitoring and evaluation of the annual flow rate of the rivers of the main catchment basins of the Caucasus State Natural Biosphere Reserve is carried out. Calculations of mathematical models of the annual flow rate of the rivers of the main catchment basins of the Reserve are made, three water-bearing zones are presented. The conducted regional hydrological researches expand the theoretical and applied aspects of the study of water resource potential.
Keywords: Federal State Budgetary Institution "The Caucasus State Natural Biosphere Reserve named after Kh.G. Shaposhnikov", the geographical location, the catchments, the mathematical model of the norm of the annual runoff, water-bearing zones, the coefficients of variation of annual runoff.
Введение. Особо охраняемые природные территории (ООПТ) - это наиболее прогрессивная форма охраны природной среды, признанная мировым сообществом. Важной категорией ООПТ являются государственные природные заповедники, основное назначение которых - сохранение эталонов природных ландшафтов, организация и проведение мониторинга интегрального природного ресурса (ИПР), включая геологические, биологические, гидрологические и пр.
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Кавказский государственный природный биосферный заповедник имени Х.Г. Шапошникова» (КГПБЗ) - специфичный природный регион Западного Кавказа, где на сравнительно небольшой территории нашли отражение явления и процессы многоэтапной геологической истории с уникальным биоразнообразием и гидроресурсами.
Кавказский заповедник - это самый крупный биосферный заповедник Европы, который с 30.11.1999 г. включен в список Всемирного природного наследия ЮНЕСКО «Западный Кавказ». КГБПЗ расположен на северном и южном макросклонах Главного Кавказского хребта на высотах от 260 до 3360 м над у. м., имеет географические координаты 43°31-44°1Г с.ш. и 39°50'-40°50' в.д. В естественном виде КГПБЗ по размерам и сохранности ландшафтов не имеет равных среди горных территорий Европы и Западной Азии, является образцом естественных природных процессов.
Площадь КГПБЗ - 282,5 тыс. га, расположен на территории трех субъектов Российской Федерации: Краснодарского края - 179,7 тыс. га (в том числе - Хостинская тисо-самшитовая роща), Майкопского района Республики Адыгея - 90,2 тыс. га и Карачаево-Черкесской Республики - 12,6 тыс. га. Северная граница заповедника протягивается по Скалистому хребту, а по отрогам Главного Кавказского хребта проходит его южная граница.
В настоящее время Кавказский государственный природный биосферный заповедник решает следующие задачи:
- сохранность биологического разнообразия и охрана природных объектов в естественном состоянии;
- регулярный мониторинг всех природных компонентов, в том числе и экологический мониторинг гидрографической сети;
- проведение научных экспериментальных исследований в биосфере.
В КГПБЗ с 1986 г. действует высокогорная биосферная станция «Джуга», входящая в Международную программу комплексного мониторинга, целью которого является прогнозирование состояния экосистем, гидрографической сети и их трансформации под воздействием антропогенных процессов.
Материал и методы исследования. Статья выполнена на основе географической литературы, гидрометеорологической информации, представленной в изданиях Государственного водного кадастра, фондов Северо-Кавказского гидрометеорологического центра, Адыгейского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета, биосферной высокогорной станции «Джуга», выполнены модели нормы годового стока рек по основным водосборным бассейнам КГПБЗ.
При анализе, обобщении и расчете модуля годового стока рек по основным водосборным бассейнам КГПБЗ применялись методы графических построений, математической статистики, географо-гидрологического анализа, гидрологической аналогии.
Результаты исследования и их обсуждение. В границах Кавказского биосферного заповедника снежники и ледники Главного хребта питают бурные порожистые реки. Водосборными основными бассейнами в пределах северного макросклона являются: 1) Река Белая с пятью крупными притоками (р. Молчепа, р. Киша, р. Березовая, р. Чесу, р. Безымянная), а также множеством мелких притоков; 2) Река Малая Лаба; 3) Река Уруштен; 4) Река Киша; 5) Река Курджипс.
Основные водосборные бассейны южного макросклона: 1) Бассейн реки Мзымта; 2) Бассейн реки Шахе.
Основные водосборные бассейны в верхнем течении - это крупные водные объекты региона, в связи с чем важна оценка нормы годового стока. В норме годовой сток - это результат взаимодействия многих факторов. Средний модуль годового стока (М) зависит от пяти факторов, что возможно представить в виде формулы:
М = / ° , X, /леС , Иср , \ ), (1)
где х - среднегодовая температура и средние многолетние осадки; Нср - средняя высота водосбора; /лес - лесистость, %; Ив - глубина вреза долин.
Представлена линейная модель:
М = а, х - а0 + а3Н + а. /" + а5И + В, (2)
1 2 3 ср 4лес 5 в > V /
где В - свободный член; а1, а2, а3, а4, а5 - коэффициенты регрессии.
Многофакторный анализ на ЭВМ модуля годового стока представлен математической моделью: М = 0,003х -3,75*0 + 0,0007Нср + 0,114/лсс + 0,02Ив + 28,85 . (3)
В составе модели отражены наиболее существенные факторы, вносящие определенный вклад в формирование годового стока. Параметры показывают, что основное влияние на норму стока оказывают климатические факторы (атмосферные осадки и температура воздуха), а остальные параметры (рельеф, растительный покров и др.) оказывают влияние на годовой сток малосущественно, так как они влияют на количество осадков и испарение.
Для оценки водных ресурсов бассейнов рек в математическую модель вставлены сред-немноголетние данные пяти факторов.
Выполнены расчеты математических моделей нормы годового стока для основных во-
досборных бассейнов рек северного и южного макросклонов заповедника (табл. 1-7).
Таблица 1
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Белой (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Hcv, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Березовая 58,5 1940 3,9 2530 80 597
2. Устье реки Чесу 57,7 1820 4,1 2970 77 583
3. Устье реки Молчепа 51,4 1780 4,3 1980 82 428
4. Устье реки Киша - лагерная (караулка) 31,9 1500 4,8 1680 75 329
5. Река Белая - поселок Гузерипль 52,7 1420 5,2 1580 75 513
Среднее значение 50,44 1692 4,5 2148 78 490
Площадь водосбора - 2795 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,93.
Таблица 2
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Курджипс (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Безводная 24,6 850 6,9 309 75 240
2. Устье реки Татарка 26,9 1100 6,7 367 80 310
3. Устье реки Морозка 31,2 1310 6,0 524 80 385
4. Устье реки Сухая Балка 44,9 1420 6,3 850 85 460
5. Устье реки Мезмай 40,7 1400 6,7 808 85 470
6. Устье реки Пальмовая 49,5 1510 5,1 770 85 485
7. Устье реки Безымянка 28,5 1005 4,7 507 90 311
Среднее значение 35,2 1228 6,1 591 83 380
Площадь водосбора - 766 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,92
Таблица 3
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Киша (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Княжеская 57,0 1830 3,9 2955 85 481
2. Устье реки Мордовская 49,2 1710 4,4 1947 82 397
3. Устье реки Малая Туровая 48,5 1640 4,5 1925 80 411
4. Устье реки Грустная 56,5 1745 3,7 2710 85 498
5. Устье реки Туровая 52,5 1628 4,1 2530 83 427
6. Устье реки Киша - лагерная 31,4 1500 4,8 1680 75 329
Среднее значение 49,2 1676 4,2 2291 82 424
Площадь водосбора - 500 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,90.
Таблица 4
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Малая Лаба (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Цахвоа 61,2 1990 3,1 2490 87 619
2. Устье реки Умпырь 56,7 1975 3,5 2150 85 549
3. Устье реки Безымянка 55,6 1840 3,4 2040 80 478
4. Устье реки Псебайка 54,1 1780 4,1 1830 75 412
5. Устье реки Шедок 54,6 1790 4,0 1920 75 434
Среднее значение 56,4 1875 3,6 2086 81 499
Площадь водосбора - 1185 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,90.
Таблица 5
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Уруштен (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Бамбачка 63,7 1700 4,2 2960 85 540
2. Устье реки Челепсы 58,3 1800 4,4 2720 82 495
3. Устье реки Озерная 55,4 1650 5,2 1880 76 257
4. Устье реки Аспидная 52,2 1920 4,5 2620 80 392
Среднее значение 57,4 1767,5 4,6 2545 80,8 421
Площадь водосбора - 430 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,90.
Таблица 6
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Мзымта (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Азмыч 66,3 2390 6,1 2130 82 587
2. Устье реки Ченешижган 66,0 2245 6,3 2670 80 554
3. Устье реки Пслух 65,3 2100 6,7 1900 78 499
4. Устье реки Пудзико 64,4 2005 6,8 2020 75 483
Среднее значение 65,5 2185 6,4 2180 79 531
Площадь водосбора - 265,5 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,91.
Таблица 7
Функции и аргументы математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Шахе (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Устье реки Буший 70,2 2400 6,1 2718 87 544
2. Устье реки Беюк 69,3 2310 6,2 2555 85 521
3. Устье реки Кудо 67,4 2220 6,5 2340 82 479
4. Устье реки Бзыч 66,8 2100 6,7 2115 80 424
5. Устье реки Леонашка 66,3 2000 7,1 1950 75 377
Среднее значение 68,0 2206 6,5 2336 82 469
Площадь водосбора - 205 км2, а коэффициент множественной корреляции - 0,93.
Значения функций и аргументов математических моделей нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов КГПБЗ представлены в таблице 8.
Таблица 8
Функции и аргументы математических моделей нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов в пределах КГПБЗ (на 2016 год)
№ п/п Река Функция М, л/с-км2 Аргументы (средние)
х, мм t° Нср, м (лес, % hB, см
1. Река Белая 50,44 1692 4,5 2148 78 490
2. Река Малая Лаба 56,4 1875 3,6 2086 81 499
3. Река Киша 49,2 1676 4,2 2291 82 424
4. Река Уруштен 57,4 1767 4,6 2545 80 421
5. Река Курджипс 35,2 1228 6,1 591 83 380
6. Река Мзымта 65,5 2185 6,4 2180 79 531
7. Река Шахе 68,0 2206 6,5 2336 82 469
Среднее значение 54,6 1804 5,1 2796 81 459
Коэффициенты множественной корреляции нормы годового стока рек основных бассейнов подтверждают высокую тесноту связей пространственного распределения стока и изменяются от 0,90 до 0,93.
Выделены три зоны водоносности для основных бассейнов рек заповедника:
1 зона - средней водоносности (М=15-36 л/с-км2) - это бассейн реки Курджипс.
2 зона - высокой водоносности (М=37-58 л/с-км2) - это бассейны рек Белой, Киши, Уруштена, Малой Лабы.
3 зона - очень высокой водоносности (М=59-70 л/с-км2) - это верховья рек Шахе и Мзымта (рис. 1).
Модуль годового стока позволяет дать оценку удельным водным ресурсам бассейнов. Максимальными потенциальными водными ресурсами обладают реки высокогорной зоны северного и южного макросклонов заповедника, где модуль годового стока колеблется от 35,2 до 68,0 л/с-км2 (табл. 9).
Таблица 9
Оценка водных ресурсов основных бассейнов рек КГПБЗ
№ п/п Территории Площадь, км2 Модуль среднего годового стока (М), л/с-км2
1. Северный макросклон 5676 49,7
2. Южный макросклон 470,5 66,7
Всего 5546,5 58,2
В пределах заповедника коэффициенты вариации (Су) годового стока изменяются с севера на юг от 0,2 до 0,15 (рис. 1).
р. Малая Ла5а
р. М 4JMTJ
[ - | р. Шахе | ^ | i i-i i í' средней водоносности | ¿ : \oh.i высокой водоносности I 1» ] '10на очень высокой водоносности [--яз-^ ко-н^фнцнент рарнаинн толового стока рек
Рис. 1. Зоны водоносности и коэффициенты вариации годового стока рек
(в пределах КГПБЗ)
В высокогорной зоне коэффициенты вариации минимальны (от 0,07 до 0,15), в связи с тем, что годовой сток формируется за счет сезонных осадков и талых вод хионосферы.
При практических расчетах речного стока и водохозяйственном проектировании норма годового стока имеет большое значение, так как определяет потенциальные водные ресурсы речного бассейна или района.
Заключение. Кавказский государственный природный биосферный заповедник - это старейшая особо охраняемая природная территория Российской Федерации. Расположен в центре Западного Кавказа, входящего в систему Большого Кавказа - сложного горного под-
нятия с асимметричным строением, на границе умеренного и субтропического климатических поясов с подразделением на три климатические провинции.
Гидрологические условия определены особенностями рельефа, геологического строения и климата. Реки северного макросклона гор принадлежат бассейну р. Кубани, южного -впадают в Черное море. Густота речной сети составляет 1,2-1,9 км/км2, питание рек снеговое, ледниковое, атмосферными осадками и грунтовыми водами, модули годового стока рек - от 20 до 70 л/с-км2.
Гидрологическая изученность территории КГПБЗ еще недостаточна, слаба изученность нормы и многолетней изменчивости годового стока рек в высокогорных бассейнах, мало гидрологических постов, отсутствует обобщение данных мониторинга гидрологических объектов, что снижает уровень сохранения интегрального природного ресурса.
Оценка экологической обстановки ООПТ подтверждает прогрессирующее антропогенное воздействие на экосистемы заповедника, в том числе - на гидроресурсы. Коэффициенты нарушенности гидрографической сети находятся в пределах 0,1-0,2. Финансируемый мониторинг гидрографической сети в КГПБЗ необходим для определения степени ее трансформации и создания природоохранного каркаса заповедной территории и ее структурной системы.
Для целенаправленной активизации мониторинга гидрографической сети заповедника необходимо:
- совершенствовать организацию сети наблюдений за гидрологическим, гидрохимическим и гидробиологическим состоянием водных объектов;
- активно внедрять концепцию мониторинга динамики экосистем водосборов на основе бассейнового подхода;
- разработать системы и структуру оптимизации охраны гидрографической сети и экосистем заповедника.
Обобщенный и исследованный материал по мониторингу гидрографичекой сети Кавказского заповедника представляет интерес для специалистов водного хозяйства.
Примечания:
1. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 8. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 447 с.
2. Мельникова Т.Н., Комлев А.М. Водоносность рек Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Качество, 2003. 132 с.
3. Комлев А.М., Мельникова Т.Н. Водный режим рек Северо-Западного Кавказа. Закономерности формирования и методы расчета. Пермь: Изд-во ПГУ, 2008. 112 с.
4. Мельникова, Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек Северо-Западного Кавказа и особенности ее пространственного распределения // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2015. Вып. 1 (154). С. 64-69. URL: http://vestnik.adygnet.ru
5. Туова Т.Г., Можайская А.А. Современные проблемы Кавказского государственного природного биосферного заповедника имени Х.Г. Шапошникова // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2015. Вып. 1 (154). С. 112-118. URL: http://vestnik.adygnet.ru
References:
1. The resources of surface waters of the USSR. Vol. 8. The North Caucasus. L.: Gidrometeoizdat, 1973. 447 pp.
2. Melnikova T.N., Komlev A.M. The water content of the rivers of Northwest Caucasus. Maikop: Kachestvo, 2003. 132 pp.
3. Komlev A.M., Melnikova T.N. Water regime of the rivers of the North-Western Caucasus. Laws of formation and calculation methods. Perm: PGU Publishing House, 2008. 112 pp.
4. Melnikova T.N. Long-term variability of an annual runoff of the rivers in the Northwest Caucasus and features of its spatial distribution // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2015. Iss. 1 (154). P. 64-69. URL: http://vestnik.adygnet.ru
5. Tuova T.G., Mozhayskaya A.A. Contemporary problems of the Caucasus State Natural Biosphere Reserve named after Kh.G. Shaposhnikov /// The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2015. Iss. 1 (154). P. 112-118. URL: http://vestnik.adygnet.ru
