CC BY
76
УДК 556.51.04 (470.6) ББК 26.222.52 (235.7) М 48
Мельникова Т.Н.
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, профессор РАЕ, Майкоп, тел. (8772) 593936, e-mail: melnikova-agu@mail.ru
Мониторинг водного режима и комплексное географо-гидрологическое районирование бассейна реки Лабы
(Рецензирована)
Аннотация. Раскрыты физико-географические особенности и гидрометеорологическая изученность бассейна реки Лабы, исследована вертикальная поясность элементов водного баланса, выполнена математическая модель нормы годового стока водосбора бассейна реки Лабы, выполнено комплексное географо-гидрологическое районирование и представлена экологическая оценка водных ресурсов бассейна реки Лабы.
Ключевые слова: мониторинг бассейна реки Лабы, гидрометеорологическая изученность, вертикальная поясность элементов водного баланса, математическая модель нормы годового стока, комплексное географо-гидрологическое районирование, экологическая оценка.
Melnikova T.N.
Candidate of Geography, Associate Professor of Geography Department of Natural Science Faculty, Adyghe State University, Professor of the Russian Academy of Natural Sciences, Maikop, ph. (8772) 593936, e-mail: melnikova-agu@mail.ru
Monitoring of the water mode and complex geographic-hydrological division into districts of the Laba river basin
Abstract. This work examines physiographic features and hydrometeorological coverage of studies of the Laba river basin, and the vertical zonation of elements of water balance. The author makes the mathematical model of norm of an annual drain of the Laba river basin and carries out complex geographic-hydrological division into districts and ecological assessment of water resources of the Laba river basin.
Keywords: monitoring of the Laba river basin, hydrometeorological coverage of studies, vertical zonation of elements of water balance, mathematical model of norm of an annual drain, complex geographical-hydrological division into districts, ecological assessment.
Введение
В связи с интенсивным преобразованием природных ландшафтов и активным вовлечением в производство поверхностных и подземных вод возникает актуальность в мониторинге и исследовании водных ресурсов. Важной составной частью водных ресурсов являются реки. В условиях прогрессирующего дефицита пресной воды особую актуальность приобретают исследования водных ресурсов Северо-Западного Кавказа, особенно - средних и малых рек, которые в гидрологическом отношении остаются еще малоизученными.
Проведение государственного мониторинга водных объектов актуально и необходимо в целях регулярных наблюдений за состоянием водных объектов, их количественными и качественными показателями, своевременного выявления и прогнозирования негативных процессов, влияющих на качество и состояние водных объектов.
Актуальность темы исследования состоит в недостаточной гидрологической и экологической изученности рек предгорной территории в связи с непродолжительными и прерывистыми наблюдениями рек бассейна Лабы и обусловленностью высокой степени загрязнения стоками промышленных объектов, ЖКХ.
В данном исследовании представлен анализ имеющихся данных по мониторингу бассейна реки Лабы, выполнена оценка гидрометеорологической изученности и водного режима рек бассейна реки Лабы, исследована вертикальная поясность элементов водного баланса, представлено комплексное географо-гидрологическое районирование, дана экологическая оценка водных ресурсов бассейна.
Материал и методы исследования
Для выполнения исследований по мониторингу водного режима, комплексному гео-графо-гидрологическому районированию и экологии бассейна реки Лабы использовались материалы многолетних гидрометрических наблюдений, режимная гидрологическая информация, опубликованная в изданиях Государственного водного кадастра (ГВК), а также из фондов Северо-Кавказского межрегионального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета, ФГУ «Кубаньмониторингвод», Кубанского бассейнового водного управления (Кубань БВУ), Адыгейского республиканского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета.
При анализе и обобщении гидрометеорологической информации применялись методы графических и картографических построений, математической статистики, гидрологической аналогии и географо-гидрологического анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
В пределах Северо-Западного Кавказа (Краснодарский край и Республика Адыгея) бассейн реки Лабы является наиболее значительным по своей площади и водоносности после бассейна реки Кубани. Общая площадь водосборного бассейна реки Лабы - 12500 км2, средняя высота водосбора - 700 м, уклон реки - 7. Длина собственно реки Лабы - 214 км, а вместе с рекой Большой Лабой - 341 км.
Территорию водосборного бассейна реки Лабы по физико-географическим условиям разделяют на 2 участка: верхний - от истоков до места слияния рек Большая и Малая Лаба, и нижний - от места слияния этих рек до устья. Верхний участок бассейна реки Лабы расположен в горной и высокогорной зонах Большого Кавказа, а нижний - охватывает куэстовую зону и Прикубанскую наклонную равнину.
Водосборный бассейн реки Лабы по своему очертанию ассиметричен, левобережная часть бассейна больше как по площади, так и по количеству притоков. Всего Лаба принимает в себя 4776 притоков, их общая длина - 10500 км. Наиболее крупные левые притоки: Ходзь, Чехрак, Фарс и Гиага. Самый крупный правобережный приток - река Чамлык. Характер долины реки Лабы, ее течение, водный режим и химический состав воды меняются от истоков к устью, так как река пересекает целый ряд различных физико-географических ландшафтов [1].
Водный режим реки Лабы своеобразен. Расходы воды значительно колеблются по сезонам года. Река Лаба разливается почти во все сезоны года (кроме зимы). Причины паводков - весеннее снеготаяние, летнее таяние ледников и осенние ливни. Наиболее высокие уровни и расходы воды (достигают до 685 м3/с) на реке Лабе наблюдаются в весенне-летний период, а минимальные уровни и расходы (до 6 м3/с) отмечены в осенне-зимний период. Река Лаба выносит в реку Кубань за год свыше 3 млрд. м3 воды, а с ними около 1,3 млн. тонн наносов [2].
Густота речной сети неоднородна, наименьшая - в равнинной части бассейна. Модули стока колеблются от 0,5-5 л/с-км2 на равнине и до 60 л/с-км2 в верховьях реки Малой Лабы.
По водному режиму реки бассейна Лабы делят на 2 типа:
1. Реки с преимущественно снежно-ледниковым питанием и стоком в основном летом (верховья Большой и Малой Лабы).
2. Реки со смешанным питанием, с преобладанием дождевого. Сток во все сезоны меньше 50%, преобладает летом (Лаба и ее притоки).
По типам питания реки делят на 2 группы:
1. С летним половодьем и паводками в теплое время года.
2. Реки с весенне-летним половодьем и паводками в течение всего года.
Все реки имеют особенности водного режима во внутригодовом распределении стока.
В бассейне реки Лабы расположено 7 действующих гидрологических пунктов наблюдения за стоком и уровнем режима (табл. 1). Больше всего пунктов наблюдений располагается до высоты 500 метров. Один пункт наблюдений приходится на 680 км2. Точность исход-
ных материалов станций, производящих наблюдения, составляет 5-10%. До настоящего времени в бассейне реки Лабы не был полностью исследован вопрос о влиянии физико-географического комплекса на водоносность, а также неполно проводился анализ взаимосвязей между самими физико-географическими факторами.
Таблица 1
Пункты наблюдений за стоком воды рек бассейна реки Лабы
№ п/п Река - пункт Площадь водосбора, км2 Средняя высота водосбора, м
1. Лаба - ст. Каладжинская 3370 1600
2. Лаба - х. Догужиев 12000 730
3. Малая Лаба - с. Бурное 1090 2000
4. Большая Лаба - выше Азиатского моста 1150 1970
5. Большая Лаба - ниже Азиатского моста 1180 1960
6. Фарс - ст. Дондуковская 1240 400
7. Чамлык - ст. Вознесенская 554 590
Исследованы закономерности элементов водного баланса бассейна реки Лабы со средней высотой водосбора, которые имеют теоретическое и практическое значение.
Согласно уравнению водного баланса (X=Y+Z), основными его компонентами являются атмосферные осадки (X), сток (У) и суммарное испарение Под вертикальной поясностью понимается закономерное изменение гидрометеорологических элементов с высотой бассейнов рек. Поэтому рассмотрен характер связей между высотой и элементами водного баланса. С ростом средневзвешенной высоты водосбора осадки увеличиваются до определенного предела, а затем их интенсивность падает [3, 4].
Бассейн реки Лабы характеризуется крайней неоднородностью физико-географических условий, поэтому получено пять связей (рис. 1).
г
Рис. 1. Связи средних величин годовых осадков по водосбору реки Лабы с высотой местности (1, 2, 3, 4, 5 - районные связи)
Анализируя график, необходимо отметить, что с увеличением высоты во всех выделенных районах увеличивается значение осадков; при одном и том же значении средневзвешенной высоты, например, в 3-м районе, количество осадков больше, чем в четвертом, а в четвертом больше, чем в пятом.
Это объясняется тем, что наряду со средневзвешенной высотой на формирование осад-
ков оказывают влияние и другие факторы: синоптические процессы, орография местности, экспозиция склонов, растительность (лес), особенность расположения бассейна реки к вла-гоносным воздушным массам.
Значительный интерес представляет связь годового стока с высотой местности У=/(Нср) (рис. 2). Так как с высотой осадки увеличиваются, а испарение уменьшается, то величина стока (У) возрастает. Для бассейна реки Лабы между стоком и высотой бассейна рек выявлено 5 районных закономерностей. Связь У=/(Нср) (рис. 2) показывает:
а) с увеличением высоты бассейна реки слой стока возрастает;
б) при одной и той же средневзвешенной высоте величина слоя стока, например, в районе один больше, чем в районе два или три.
Рис. 2. Связи годового стока по водосбору реки Лабы с высотой местности (1, 2, 3, 4, 5 - районные связи)
Это подтверждает, что наряду со средней высотой водосбора на формирование стока оказывает влияние и ряд других факторов. К ним относятся особенности геологического строения, орографии, почвенно-растительного покрова, климата и другие.
С высотой температура воздуха понижается, а следовательно, уменьшается и величина испарения. В условиях бассейна реки Лабы связь 2ср=/(Нср) представлена графиком (рис. 3).
ги*
5йО К
о чоо мо -Г2оо -(¿©о геле, гчоо
Рис. 3. Связи суммарного испарения по водосбору реки Лабы с высотой местности
Эта зависимость получилась обратной и достаточно тесной. О числе связей средней высоты водосбора с элементами водного баланса можно судить по данным таблицы 2.
Таблица 2
Выявленные закономерности элементов водного баланса бассейна реки Лабы со средней высотой
Связь Нср Число районных связей Коэффициент корреляции Характер связей Вид связей
X 5 0,91; 0.99; 0,97; 0,96; 0,95 Прямые Линейные
Y 5 0,89; 0,78; 0,82; 0,9; 1 Прямые Четыре линейных, одна криволинейная
Z 1 0,89 Обратная Линейная
Выявленные закономерности элементов водного баланса бассейна реки Лабы со средней высотой водосбора имеют теоретическое и практическое значение для определения водоносности бассейна.
Оценка водного баланса для бассейна реки Лабы представлена в таблице 3.
Таблица 3
Структура среднего годового водного баланса бассейна реки Лабы (2016 г.)
Территория Площадь, 2 км Средняя высота, м Атмосферные осадки, мм Слой стока, мм Суммарное испарение, мм Коэффициент стока
Лаба - х. Догужиев 12000 730 780 255 525 0,33
Водосборный бассейн реки Лабы является наиболее крупным водным объектом региона, поэтому знать норму его годового стока крайне важно.
Годовой сток в норме является результатом сложного взаимодействия многих факторов. Средний многолетний модуль годового стока (М) от пяти факторов, влияющих на его норму, можно представить в виде формулы:
М = f (x, t°, Нср, /лес, Ив), (1)
где: х - средние многолетние осадки;
t° - средняя температура воздуха за год;
Нср - средняя взвешенная высота водосбора;
/лес - площадь лесистости в %;
ИВ - глубина эрозионного вреза долины.
Это выражение следует представить как линейную модель:
М = a1x + a2t° + а3Нср + а/лес + а5ИВ + В, (2)
где: В - свободный член;
ai, а2, аз, а4, а5 - коэффициенты регрессии.
Для расчета на ЭВМ математической модели нормы годового стока использовались данные по бассейнам реки Лабы. В результате многофакторного анализа на ЭВМ модуль годового стока в норме выражается в виде следующей математической модели:
М = 0,003x - 3,75t° + 0,0007Нср + 0,114/Лес + 0,02Ив + 28,85В. (3)
Для расчета удельных водных ресурсов бассейна реки Лабы в математическую модель вставлены среднемноголетние данные пяти факторов (1967-2016 гг.), в результате -20,7 л/с-км2. Математическая модель нормы годового стока (модуля годового стока) позволит провести водохозяйственное районирование территории, поэтому важно иметь для бассейна реки Лаба расчет удельных водных ресурсов (табл. 4).
Районирование является одним из методов выявления основных особенностей гидрологического режима рек той или иной территории. Оно производится с учетом основных физико-географических факторов (геологическое строение, рельеф, климат, почвенно-растительный покров). Районирование необходимо для всесторонней оценки водных ресур-
сов и их рационального использования [5-7].
Таблица 4
Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Лабы (1967-2016 гг.)
№ п/п Река - пункт М, л/с км2 Аргументы
х, мм t° Нср, м /ле^ % hß
1. Большая Лаба -п. Загедан 52,8 1800 4,5 2130 80 480
2. Большая Лаба -выше Азиатского моста 35,4 1600 4,8 1970 75 545
3. Большая Лаба -ниже Азиатского моста 38,2 1600 4,9 1960 75 530
4. Малая Лаба -п. Бурный 24,3 1450 5,3 2000 80 392
5. Лаба - ст. Ка-ладжинская 41,3 950 8,1 1600 75 257
6. Лаба - г. Кур-ганинск 42,7 690 10,2 1370 60 229
7. Лаба - х. Догу-жиев 41,6 650 9,7 730 55 176
8. Фарс - ст. Дон-дуковская 35,3 850 7,3 400 65 85
9. Чамлык - ст. Вознесенская 34,3 820 6,4 590 50 70
Среднее 38,4 1156 6,8 1335 68 307
В основу данного комплексного географо-гидрологического районирования положена сущность географо-гидрологического метода В.Г. Глушкова (1933). В связи с этим были использованы и выявлены следующие закономерности:
1) типизация речных бассейнов Лабы по гипсографическим данным;
2) связь средних многолетних осадков с высотой местности;
3) зависимость модуля нормы годового стока от соответствующих годовых осадков;
4) связь глубины эрозионного вреза со средневзвешенной высотой водосбора.
По выявленным закономерностям было выделено 3 района и 3 подрайона (табл. 5).
Каждый район и подрайон имеет свои особенности: высоты водосборов (Нср, м ), средние многолетние годовые осадки (Х, мм), глубину эрозионного вреза долин (Ив, м ), модуль нормы годового стока л/с-км2), почвы, растительность и тип водного режима.
Для основных рек бассейна реки Лабы выполнены расчеты индекса загрязненности вод, на основании которых определены классы качества воды и их экологическое состояние, что отражено в таблице 6. Индекс загрязненности бассейна реки Лабы изменяется от 2,3 до 5,2, от благоприятного к острокризисному [8]. Река Лаба и ее притоки принимают в год свыше 60 млн. м сточных вод, значительная часть которых недостаточно очищена, что составляет около 3% годового стока.
Выводы
В целях активизации регулярного мониторинга водных ресурсов в бассейне реки Лабы необходимо:
- совершенствовать организацию сети наблюдений за гидрологическим, гидрохимическим, гидробиологическим состоянием водных объектов;
- возобновить разработки водохозяйственных балансов по бассейнам водных объектов;
- выполнять водохозяйственное районирование по водообеспеченности;
- привлекать инвестиционные фонды для реализации региональных программ по охране и восстановлению водных объектов.
Таблица 5
Комплексное географо-гидрологическое районирование бассейна реки Лабы
Районы и подрайоны Средняя высота водосборов, НСр, м Средние мно-голет. годовые осадки, Х, мм Глубина эрозионного вреза долин, НВ, см Модуль нормы годового стока, М\, л.с./км2 Характерные Тип водного режима
Почвы Растительность
1. Реки равнинных возвышенностей (нижнее течение рр. Лабы, Фарса, Чамлыка) <500 600-1500 50-200 1,5-24 Лугово-черно-земные опод-золенные, горно-лесные почвы (серые, бурые) Широколиственные дубовые и грабовые леса Реки с паводками в течение всего года с преобладанием в хол. время
2. Реки низко-горно-средне-горной области (бассейн р. Лабы и ее притоков) 5012100 650-2000 201900 5-56 Реки с весенне-летним половодьем и паводками в теч. года
2а. Реки низкогорной области (среднее течение рр. Лабы, Фарса, Чамлыка) 5011100 650-1500 201500 5-30 Черноземы ма-логум. сверх-мощ., черноземы типичные, пойменные Лесост. предгорий с массивами шир. листв. лесов, раз-нотрав. кус-тарн., степи, пойм. леса
2б. Реки средне-горной области (верхнее течение р. Лабы и ее притоков) 12001600 700-850 600900 10-20 Горно-лесные почвы (буковые и серые), горные черноземы Широколиственные леса из дуба, граба, бука, пойменные леса
2в. Реки средне-горной области (верховье рр. Б. и М. Лабы) 16012100 15002000 500600 35-56 Горнолуговые, горно-лесные, бурые Пихт. леса, субальп. луга с зарослями рододендрона кавказского
3. Реки высокогорной области (бассейны притоков верхнего течения р. Лабы) 2500 750-900 9001000 25-60 Бурые горнолесные, бурые горно-луговые (альпийские и субальпийские) Хвойные леса (ель, пихта, сосна), субальпийские и альпийские луга Реки с летним половодьем и паводками в теплое время года
Таблица 6
Экологическое состояние водных ресурсов бассейна реки Лабы, притока реки Кубани (1989-2016 гг.)
Название реки Индекс загрязненности воды (ИЗВ) Класс качества воды Экологическое состояние
Лаба
- верхнее течение; - среднее течение; - нижнее течение 2,3 4,61 5,2 3 5 6 Благоприятное Кризисное Острокризисное
Фарс (приток Лабы) - верхнее течение; - среднее и нижнее течение 3,7 4,2 4 5 Среднекризисное Кризисное
Кубань - среднее и нижнее течение 5,6-6,7 6 Острокризисное
Примечания:
1. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 8. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 447 с.
2. Государственный водный кадастр. Основные гидрологические характеристики. Т. 8. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 355 с.
3. Мельникова Т.Н., Комлев А.М. Водоносность рек Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Качество, 2003. 132 с.
4. Комлев А.М., Мельникова Т.Н. Водный режим рек Северо-Западного Кавказа. Закономерности формирования и методы расчета. Пермь: Изд-во ПГУ, 2008. 112 с.
5. Мельникова Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Изд-во АГУ, 2003. С. 49-50.
6. Мельникова Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек бассейна Кубани // Фундаментальные исследования. М.: Академия Естествознания. 2006. № 2. С. 97-98.
7. Мельникова Т.Н. Норма годового стока рек Северо-Западного Кавказа и особенности ее территориального распределения // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. Естественно-математические и технические науки. 2010. Вып. 2 (61). С. 111-116. URL: http://vestnik.adygnet.ru
8. Чижикова Е.Е., Мельникова Т.Н. Экологическая оценка водных ресурсов бассейна реки Лабы // Наука. Образование. Молодежь: материалы Седьмой регион. науч. конф. молодых ученых АГУ, 4-5 февр. 2010 г. Майкоп: Изд-во АГУ, 2010. Т. 1. С. 87-89.
References:
1. The resources of surface waters of the USSR. Vol. 8. The North Caucasus. L.: Gidrometeoizdat, 1973. 447 pp.
2. State water cadastre. Basic hydrological characteristics. Vol. 8. North Caucasus. L.: Gidrometeoizdat, 1980. 355 pp.
3. Melnikova T.N., Komlev A.M. The water content of the rivers of Northwest Caucasus. Maikop: Kachestvo, 2003. 132 pp.
4. 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.
5. Melnikova T.N. Long-term variability of an annual runoff of the rivers of the Northwest Caucasus. Maikop: ASU Publishing House, 2003. P. 49-50.
6. Melnikova T.N. Long-term variability of an annual runoff of the rivers of the Kubanbasin // Basic Research. M.: Academy of Natural Sciences, 2006. No. 2. P. 97-98.
7. Melnikova T.N. The norm of the annual river runoff in the Northwest Caucasus and features of its territorial distribution // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser. Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2010. Iss. 2 (61). P. 111-116. URL: http://vestnik.adygnet.ru
8. Chizhikova E.E., Melnikova T.N. // Science. Education. Youth: materials of the Seventh regional scient. conf. of young scientists of ASU. Febr. 4-5, 2010. Vol. 1. Maikop: ASU Publishing House, 2010. P.87-89.
