CC BY
51
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
НАУКИ О ЗЕМЛЕ SCIENCES OF EARTH
УДК 556.16 DOI 10.23683/0321-3005-2019-4-52-61
МАКСИМАЛЬНЫЙ И МИНИМАЛЬНЫЙ СТОК НА РЕКАХ СОЧИНСКОГО ПРИЧЕРНОМОРЬЯ
© 2019 г. Н.А. Битюков1, Ю.Ю. Ткаченко2, В.И. Денисов3
1Сочинский национальный парк, Сочи, Россия, 2Территориальный центр мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера, Краснодар, Россия,
3Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
MAXIMAL AND MINIMAL RIVER FLOW OF THE SOCHI BLACK SEA COAST
N.A. Bityukov1, Yu. Yu. Tkachenko2, V.I. Denisov3
1Sochi National Park, Sochi, Russia, 2Territorial Center of Monitoring and Forecasting Emergencies of Natural and Anthropogenic Origin, Krasnodar, Russia,
3Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
Битюков Николай Александрович - доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Сочинский национальный парк, Курортный пр., 74, г. Сочи, 354002, Россия, е-шаИ: [email protected]
Nikolay A. Bityukov - Doctor of Biological Sciences, Professor, Leading Researcher, Sochi National Park, Kurortnyi Ave., 74, Sochi, 354002, Russia, e-mail: [email protected]
Ткаченко Юрий Юрьевич - кандидат географических наук, руководитель Территориального центра мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера, ул. Рашпилевская, 179/1, г. Краснодар, 350020, Россия, e-mail: [email protected]
Yuri Yu. Tkachenko - Candidate of Geography, Head of the Territorial Center of Monitoring and Forecasting Emergencies of Natural and Anthropogenic Origin, Rashpilevskaya St., 179/1, Krasnodar, 350020, Russia, e-mail: yuyut23@mail. ru
Денисов Валерий Иванович - кандидат географических наук, доцент, кафедра социально-экономической географии и природопользования, Институт наук о Земле, Южный федеральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: denisovgeo@yandex. ru
Valeriy I. Denisov - Candidate of Geography, Associate Professor, Department of Socio-Economic Geography and Nature Management, Institute of Earth Sciences, Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Излагаются результаты исследований максимального и минимального стока рек и особенностей речных бассейнов различного ранга территории Сочинского Причерноморья. Дан анализ генезиса паводков, начиная от склоновой формы стока и заканчивая многолетним режимом максимальных расходов воды на основных реках региона. Выполнены оценки повторяемости (обеспеченности в многолетнем ряду) максимальных паводков на реках. Анализ географических факторов формирования максимального и минимального стока рек позволил получить уточненную оценку пространственного распределения этих характеристик на территории Сочинского Причерноморья. Формирование катастрофических (максимальных) речных паводков начинается на уровне элементарных водосборов, где коэффициент максимального стока определяется состоянием поверхности водосбора. Возрастающие макси-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
мальные стоки зависят от увеличивающейся водности атмосферы (климатический фактор) и засоренности и за-строенности русла рек (антропогенный фактор). Минимальный сток представляет собой глубоководное грунтовое питание, которое определяется как климатическими и геолого -геоморфологическими характеристиками речного бассейна, так и условиями подстилающей поверхности на водосборе. В связи с этим изменение растительности на водосборе и хозяйственные мероприятия неизбежно влекут за собой изменение величины базисного стока и его доли в общем годовом стоке реки.
Ключевые слова: Сочинское Причерноморье, речная сеть, паводки, максимальный сток, минимальный сток, катастрофические наводнения.
The article presents the research results of maximal and minimal river flow and distinctive features of river drainage of diverse range of the Sochi Black Sea coast. The origin of river floods has been analysed starting from the shape of overland flows and up to long-term mode of maximal water consumption at main rivers of the area. The evaluation of the repetition (representation in a long-term record) of maximal river floods has been done. The analysis of geographical factors shaping maximal and minimal river drainage allowed to get specified estimation of spacial distribution of these features on the territory of the Sochi Black Sea coast. The formation of catastrophic (maximum) river floods begins at the level of elementary catchments, where the maximum runoff coefficient is determined by the state of the catchment surface. Increasing maximum flows depend on the increasing water content of the atmosphere (climatic factor) and clogging and built-up river beds (anthropogenic factor). The minimum flow is a deep-water groundwater supply, which is determined by both climatic and geological and geomorphological characteristics of the river basin, and the conditions of the underlying surface in the catchment. In this regard, changes in vegetation in the catchment and economic activities inevitably entail a change in the value of the base flow and its share in the total annual flow of the river.
Keywords: The Sochi Black Sea coast, river network, river flood, maximal river drainage, minimal river drainage, catastrophic flooding.
Введение
На Черноморском побережье Кавказа (ЧПК) прибрежная часть представляет собой узкую полосу предгорий шириной до 6-10 км с высотой до 400 м. Наиболее распространены здесь низкие горы, холмистые и увалистые возвышенности с относительно мягкими и сглаженными формами рельефа.
Район ЧПК является частью Северо-Западного Кавказа и включает территорию Сочинского национального парка, а также сопредельную часть муниципального образования Сочи и Кавказского государственного заповедника. Поскольку речная сеть здесь формируется как единое целое и является результатом взаимодействия сложных физико-географических процессов (климатические, гидрологические, геоморфологические и др.), целесообразно общую территорию обозначить как Сочинское Причерноморье. Особенностью в гидрологическом отношении является то, что район представляет собой комплекс замкнутых речных бассейнов с геоморфологически очерченным контуром, внутри которого происходит весь процесс круговорота влаги. Осадки, выпадающие в бассейнах рек в виде дождя и снега, частично уходят на испарение и транспирацию, но большей частью возвращаются поверхностным и подземным стоком в море [1].
Для этой части характерным является длительное хозяйственное воздействие, состоящее в вырубках и раскорчевках лесов с целью использования освобождаемых от леса территорий под застройки, сады, плантации и т.д., что негативно сказывается на гидрологическом режиме.
Согласно проведенным исследованиям МГУ [2, 3], на Черноморском побережье отмечаются преимущественно три типа наводнений, которые доминируют на реках: стоковые наводнения, при которых максимальные уровни воды Нмакс превышают критические Нр и ^макс > Qкр; далее идут по повторяемости наводнения смешанного типа - стокового и одновременно ливневого генезиса; третий тип -наводнения вследствие морского нагона.
При этом паводковым затоплениям подвержена пойменная часть речных долин региона. Масштаб ливневых наводнений возрастает при плохом функционировании ливневой канализации, поэтому обычно они встречаются именно в населенных пунктах Сочинского Причерноморья, их повторяемость увеличивается с ростом площади урбанизированных территорий [2, 3].
Материалы и методы
В работе приведены результаты обработки данных 67 автоматических гидрологических комплексов (АГК) региональной автоматизированной системы оперативного контроля и мониторинга на
ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2019. № 4
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
территории Краснодарского края, расположенных на реках Черноморского побережья на участке Джубга - Адлер, и экспедиционных исследований в Черкесском округе Колхидской провинции, приморском и среднегорном лесорастительных районах (преобладание дубово-грабовых, каштановых и буково-грабовых лесов), где на участках ставились опыты с искусственным дождеванием элементарных водосборов (до 300 м2), а также выполнялась инфильтрационная съемка склонов при помощи простейших кольцевых инфильтрометров площадью 0,1 м2 [4, 5]. Всего было проведено 16 опытов с искусственным дождеванием и 95 опытов с инфильтрометрами.
Обсуждение
Максимальный сток на основных реках Сочинского Причерноморья. Характеристика максимального стока важна на уровне как склонового стока, так и руслового стока рек. Первая фаза образования склонового стока тесно связана с плоскостной эрозией почвы на горных склонах, где основную защитную роль выполняет растительность, а также водно-физические свойства почв. В этом случае необходимо анализировать влияние хозяйственной деятельности на водосборах.
Сведения о максимальных расходах воды на реках региона приведены в гидрологических ежегодниках за каждый год [6-9]. На основании этих данных был выполнен анализ некоторых гидрометрических постов на реках Сочинского Причерноморья (р. Мзымта и Шахе). В табл. 1 приведены статистические характеристики максимального годового стока по этим рекам.
Наиболее длительный ряд наблюдений имеет гидрометрический пост на р. Сочи у с. Пла-стунка - более 80 лет. На хронологическом графике максимумов стока этой реки отчетливо прослеживается положительный тренд максимальных расходов воды: в среднем отмечается увеличение расходов за период наблюдений на 54 % (рисунок).
Аналогичная картина прослеживается и на других реках Сочинского Причерноморья, имеющих меньший период наблюдений за стоком, - р. Хоста у пос. Хоста, р. Шахе у с. Солох-Аул, р. Куапсе. Следовательно, можно считать, что увеличение максимальных годовых расходов воды прослеживается для всех рек региона. При этом малые реки побережья отличаются более интенсивным ростом максимумов стока, например, р. Куапсе - 55 % за 34 года наблюдений.
Повышение максимальных годовых расходов воды на реках Сочинского Причерноморья связано с ростом числа случаев катастрофических паводков, особенно в последние годы. Увеличение повторяемости паводков происходит с нарастанием количества выпадающих на побережье осадков, в первую очередь залповых, «взрывных», с интенсивностью более 50 мм/ч. Анализ осадков за весь ряд наблюдений выявил, что их среднее количество на территории края за каждые 10 лет увеличивается в среднем от 7 до 60 мм. Наибольшая тенденция роста отмечена на морских станциях: Сочи, Адлер, Туапсе, Анапа, Джубга, Тамань, Ейск (от 30 до 60 мм/10 лет). Если в 70-е гг. ХХ в. в среднем отмечалось 7 случаев выпадения очень сильных дождей в год, то в первом десятилетии XXI в. в среднем уже наблюдалось 11 случаев выпадения осадков категории опасного явления. При этом отмечается рост количества случаев выпадения экстремальных осадков. Если в 90-е гг. дожди с интенсивностью 50 мм/ч (100 мм/сут и более), которые формируют быстроразвивающиеся паводки, в среднем выпадали два раза в год, то начиная с 2000-х гг. наметилась тенденция роста их количества. Последние шесть лет наблюдается постоянное увеличение повторяемости выпадения очень сильных осадков. В 2016 г. было отмечено 16 случаев выпадения локальных сильных дождей, приводящих к развитию паводков на реках края [10].
Дополнительным фактором, способствующим росту паводков на реках, является усиливающаяся антропогенная нагрузка на водосборах горных рек региона в последние годы.
На наш взгляд, формирование катастрофических речных паводков начинается на уровне элементарных водосборов, где коэффициент максимального стока определяется состоянием поверхности водосбора. По наблюдениям в дубравной зоне, здесь коэффициенты паводочного стока очень велики (могут приближаться к 1), имеются реальные условия катастрофических явлений. Так, на примере одного из катастрофических паводков в бассейне р. Туапсе показаны расчеты максимальных расходов воды, достигших 1624 м3/с, что превышает средний многолетний расход воды (12,7 м3/с) в 128 раз (табл. 2).
В качестве примера ниже приведены расчеты заполнения русел рек в бассейнах р. Туапсе и близлежащих рек при прохождении катастрофического паводка в октябре 2010 г. (табл. 2).
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2019. No. 4
Статистические характеристики максимальных расходов воды за гидрологические годы на реках Сочинского Причерноморья / Statistical characteristics of the maximum water consumption for hydrological years on the rivers of the Sochi Black Sea coast
Таблица 1
Норма максим. расходов, м3/с Модульные коэффициенты максимумов, обеспеченных на Р, % Коэффициент
3,0 5,0 10,0 50,0 90,0 95,5 97,0 вариации Cv, % асимметрии Cs, %
р. Мзымта - пос. Красная Поляна (F= 510 км2)
175 1,8 1,7 1,6 0,9 0,7 0,6 0,6 32,7 36,7
р. Мзымта - пос. Кепша (F= 798 км2)
272 2,4 1,9 1,5 0,9 0,6 0,5 0,5 45,6 74,2
р. Шахе - с. Солох-Аул F= (423 км2)
268 1,7 1,6 1,3 0,9 0,6 0,6 0,6 44,6 177,3
Хронологический график максимальных и минимальных расходов воды, а также максимальных слоев стока за паводок на р. Сочи у с. Пластунка / Chronological chart of maximum and minimum water consumption, as well as maximum runoff layers for the flood on the Sochi river near the village of Plastunka
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
Таблица 2
Гидравлические расчеты наполнения русел рек Черноморского побережья во время катастрофического паводка 15-16 октября 2010 г. (по данным Территориального центра мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера) / Hydraulic calculations of filling of riverbeds of the Black Sea coast during a catastrophic flood on October 15-16, 2010 (according to the state control of Territorial Center of Monitoring and Forecasting Emergencies of Natural and Anthropogenic Origin)
Н, м Элементы реки W, м2 X, м R, м I 1/n С v, м/с Q, м3/с
Гидравлический расчет наполнения р. Туапсе — п. Кирпичный (створ I—I)
7,0 Русло 196,5 35 5,61 0,004 25 33,34 4,99 982
3,0 Пр. пойма 172,5 65 2,65 0,002 12,5 14,71 1,07 185
3,0 Лев. пойма 200,0 100 2,00 0,002 12,5 14,03 0,89 178
Х=1344
Гидравлический расчет наполнения р. Туапсе - г/п Туапсе (старый пост) (створ II-II)
8,5 Русло 292,5 58 5,04 0,005 25 32,75 5,20 1521
2,5 Пр. пойма 36,8 21 1,75 0,003 12,5 13,72 0,99 36,5
2,5 Лев. пойма 20,5 14 1,46 0,003 12,5 13,32 0,88 18,1
Х=1575
Гидравлический расчет расхода р. Туапсе - г/п Туапсе (новый пост - гидроствор) (створ 111-111)
7,5 Русло 285,3 74 3,85 0,0073 25 31,31 5,25 1498
1,5 Лев. пойма 118,0 60 1,97 0,003 12,5 14,00 1,08 127
Х=1625
Гидравлический расчет росхода р. Туапсе - г. Туапсе (мост Сочинский) (створ 1У-1У)
5,6 Русло 442 125 3,54 0,004 25 30,88 3,67 1624
Х=1624
Гидравлический расчет наполнения р. Спорная - с. Кривенковское (створ V-V)
3,0 Русло 46,3 15 3,1 0,004 20 24,15 2,68 124
0,5 Пр. пойма 50,0 50 1,0 0,002 12,5 12,50 0,56 28,0
0,5 Лев. пойма 10,0 10 1,0 0,002 12,5 12,50 0,56 5,59
Х=158
Гидравлический расчет наполнения р. Пшенахо - с. Анастасиевка (мост на окраине с. Георгиевское) (створ VI-VI)
4,5 Русло 158,9 40 3,97 0,004 20 25,18 3,17 504
4,0 Пр. пойма 160,0 80 2,00 0,001 12,5 14,03 0,63 100
4,0 Лев. пойма 160,0 80 2,00 0,001 12,5 14,03 0,63 100
Х=704
Гидравлический расчет наполнения р. Пшенахо - с. Георгиевское (в 1 км выше слияния с р. Туапсе) (створ VII-VII)
4,5 Русло 203,7 50 4,07 0,004 20 25,28 3,23 657
2,5 Пр. пойма 510,0 200 2,55 0,001 12,5 14,62 0,74 367
Х=1034
Гидравлический расчет наполнения р. Мал. Псеушхо - с. Георгиевское (створ VIII-VIII)
2,8 Русло 85,6 30 2,85 0,004 20 23,82 2,54 218
1,5 Пр. пойма 60,0 80 0,75 0,002 12,5 11,91 0,46 27,7
1,8 Лев. пойма 95,0 90 1,06 0,002 12,5 12,62 0,58 55,2
Х=301
Гидравлический расчет наполнения р. Цыпка - с. Цыпка (створ IX-IX)
2,3 Русло 97,3 55 1,77 0,004 20 22,00 1,85 180
0,5 Пр. пойма 30,0 50 0,60 0,002 12,5 11,48 0,40 11,9
0,7 Лев. пойма 35,0 30 1,17 0,002 12,5 12,83 0,62 21,7
Х=214
Гидравлический расчет наполнения р. Макопсе - с. Макопсе (створ X-X)
3,0 Русло 108,3 60 1,81 0,004 20 22,08 1,88 203
1,0 Пр. пойма 50,0 50 1,00 0,002 12,5 12,50 0,56 28,0
Х=231
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
Окончание табл. 2
Н, м Элементы реки W, м2 ^ м r,m I 1/n С V, м/с Q, м3/с
Гидравлический расчет наполнения р. Шепси - с. Шепси (створ XI-XI)
4,0 Русло 127,5 60 2,13 0,004 20 22,69 2,09 267
1,0 Пр. пойма 60,0 60 1,00 0,002 12,5 12,50 0,56 33,5
1,0 Лев. пойма 80,0 80 1,00 0,002 12,5 12,50 0,56 44,7
Х=345
Гидравлический расчет наполнения р. Псебе - с. Новомихайловское (створ Х11-Х11)
4,5 Русло 116,4 35 3,33 0,004 20 24,45 2,82 328
1,0 Пр. пойма 25,0 25 1,00 0,002 12,5 12,50 0,56 14,0
Х=342
Гидравлический расчет наполнения р. Нечепсухо - с. Новомихайловское (створ ХШ-ХШ)
4,0 Русло 175,0 50 3,5 0,004 20 24,65 2,92 510
1,0 Пр. пойма 400,0 500 0,8 0,002 12,5 12,04 0,48 193
0,5 Лев. пойма 30,0 30 1,0 0,002 12,5 12,50 0,56 16,8
Х=720
Гидравлический расчет наполнения р. Джубга - с. Джубга (створ Х1¥-Х1¥)
4,0 Русло 101,0 25 4,04 0,004 20 25,25 3,21 324
2,8 Пр. пойма 84,0 40 2,10 0,002 12,5 14,15 0,92 77,0
2,5 Лев. пойма 45,8 45 1,02 0,002 12,5 12,54 0,57 25,9
Х=427
Примечание. Н - высота уровня воды; W - площадь поперечного сечения; х - ширина русла в поперечном сечении; Я - гидравлический радиус; I - продольный уклон реки, доля от единицы; 1/п - показатель шероховатости русла; С - скоростной коэффициент в формуле Шези; V - средняя скорость потока; р - расход воды в поперечном сечении.
По расчетам, в этот же паводок (табл. 2) максимальный расход воды достигал на р. Макопсе -231 м3/с, на р. Шепси - 345, на р. Псебе - 342, на р. Нечепсухо - 720 м3/с. Последний раз такие высокие расходы и уровни на реках Туапсинского и Лазаревского районов наблюдались в 1991 г.
Результаты расчета паводочных модулей стока катастрофических паводков 15-16.10.2010 и 01.08.1991 в бассейне р. Туапсе показали, что значения удельного стока, наблюдаемые в процессе формирования этих паводков, достигают здесь экстремально больших значений, ранее не наблюдаемых.
В результате выпадения сильных ливневых осадков здесь могут развиваться дождевые паводки чрезвычайной, катастрофической силы. С площади водосборного бассейна всего 352 км2 могут формироваться расходы до 1575 (2010 г.) -2200 м3/с (1991 г.). При этом модули поступления воды в речную систему могут достигать экстремально больших значений - 12 540-27 100 л/(скм2).
Исследования максимального стока на малых (элементарных) водосборах
Изучение стока на лесогидрологическом стационаре «Аибга» [11-14] показало, что средняя величина стокообразующего дождя на элементарном водосборе оказывается равной 50 мм (коэффициент вариации ряда наблюдений Си =0,62, коэффициент асимметрии Cs =1,1) при его продолжительности 11,4 ч (а =0,74, Cs =1,9). В качестве примера приведем анализ обычного летнего паводка от ливня 98 мм, выпавшего 2526 мая 1966 г. на увлажненную почву со средней интенсивностью 0,04 мм/мин и давшего слой паводка 2,4 мм. Максимальный за период наблюдений до рубки леса (1964-1972 гг.) паводок прошел 14-16.06.1966. Непосредственно перед паводком, в период с 10.06 по 13.06, шли дожди, составившие 150,7 мм и увлажнившие почву до величин наименьшей влагоемкости (НВ). Прошедший ливень составил 122,7 мм, длился 16 ч, средняя интенсивность - 0,13 мм/мин. При этом
ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2019. № 4
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
ядро ливня, обусловившее пик паводка редкой повторяемости, дало интенсивность 0,68 мм/мин в течение 70 мин (его слой составил 47,3 мм). Коэффициент склонового стока за этот паводок достиг 17,5 %, слой стока - 21,5 мм, максимальный модуль - 1934 л/с с км2 (или 0,116 мм/мин). За весь период наблюдений паводок в июне 1966 г. был единственным, после прохождения которого под пологом леса были отмечены следы поверхностного стока по тальвегам и уплотненным местам в виде смытой подстилки и обнаженной поверхности почвы. Однако мутность воды в ручье не превышала 92 г/м3, хотя верхний рельеф водослива был заилен наполовину (около 0,2 м3 отложений из почвенно-грунтовых частиц, камней и остатков подстилки).
Паводки на водосборе площадью 12 га наблюдались более продолжительными во времени (60144 ч зимой и 14-96 ч - летом) и были более распластаны - максимальные модули стока в 3 раза меньше, чем на водосборе 8 га. Средний коэффициент стока за паводок (по данным 40 паводков) составляет 3,8 % при ^ =1,3, Cs =4,7 и E=24,6. Наибольшая интенсивность стока в среднем равна 0,006 мм/мин при варьировании этого показателя ^ =2,3, асимметрии Cs =5,5 и эксцессе E=30,0. Максимальный коэффициент стока (32,2 %) наблюдался 14-18.06.1966; максимум интенсивности стока - 0,080 мм/мин. Измеренная в этот паводок мутность воды в ручье составила всего 27,3 г/м3.
В среднем максимальные годовые модули стока на малых водосборах в зоне буковых лесов невелики - от 1,1 до 19,3 л/с с га, а усредненные их значения под пологом нетронутого рубками леса равны 3,9-7,2 л/с с га. Коэффициенты паводкового стока не превышают 10 % для зимних паводков и 5-7 % - для летних. Наиболее интенсивные ливни дают паводки с коэффициентами стока до 25 %. Средние за период наблюдений коэффициенты паводкового стока на малых бассейнах составляют: в зимний период - 2,3-8,4 %, в летний - 0,8-4,8, при этом одинаковые осадки (в среднем 71-81 мм) дают зимой паводки больше в 1,8 раза, чем летом. Максимальная наблюденная интенсивность стока - 0,08 мм/мин.
Следует учесть, что в условиях легкопроницаемых с поверхности лесных почв превалирующее влияние на склоновый сток имеет форма графика дождя, которая в естественных условиях может быть самой различной, и учесть её в
прогностических расчётных зависимостях очень трудно.
Установлено, что в приморской части ЧПК даже расстроенные лесные насаждения выполняют водорегулирующие функции в 17 раз лучше, чем площади, находящиеся в интенсивном хозяйственном использовании.
Экспедиционные и стационарные исследования склонового стока показали, что в лесной зоне поверхностный горизонт почвы благодаря своим хорошим водно-физическим свойствам выполняет роль дренажной системы, особенно отчетливо проявляющей себя во время интенсивных летних ливней. С одной стороны, он переводит значительную часть осадков в склоновый сток, препятствуя развитию эрозионных процессов на поверхности почвы, а с другой - способствует восполнению убыли влаги нижележащих слоев, являющихся достаточно ёмким резервуаром доступной влаги. Наиболее уязвимой в гидрологическом отношении частью горных водосборов является область формирования речного стока, т.е. верховья рек, приуроченные к высокогорьям. В связи с этим в истоках рек должен соблюдаться строго ограниченный режим природопользования. В средней и нижней частях водосборов горных рек, как правило, находящихся в интенсивном хозяйственном обороте, ежегодный объем рубок главного и промежуточного пользования не должен превышать 1,5-2,0 % от лесопокры-той площади водосбора.
Минимальный сток на реках
Сочинского Причерноморья
Анализ минимального (базисного) речного стока в регионе позволил установить, что он представляет собой глубоководное грунтовое питание, которое определяется как климатическими и геолого-геоморфологическими характеристиками речного бассейна, так и условиями подстилающей поверхности на водосборе. В связи с этим изменение растительности на водосборе и хозяйственные мероприятия неизбежно влекут за собой (при прочих неизменных условиях) трансформацию базисного стока - как его величины, так и доли в общем годовом стоке реки.
Минимальные суточные расходы воды могут быть определены с ошибками и поэтому давать неверные представления о базисном стоке. Более устойчивой величиной является минимальный го-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REt
довой сток из средних минимумов за период 30 сут. Базисный сток, определяемый по этой величине, достаточно хорошо коррелирует с базисным стоком, рассчитанным по суточным минимумам (табл. 3).
По результатам анализа характеристик минимального стока рек Сочинского Причерноморья (для бассейнов рек площадью менее 4 тыс. км2) установлено, что наибольшее влияние на базисный сток рек оказывают площадь водосбора и его высота над уровнем моря.
Зависимости минимального 30-суточного стока от площади водосбора поддаются региональному районированию. В исследуемой зоне ЧПК нами выделено 3 гидрологических района, характеризующихся своими особенностями в условиях формирования стока (геоморфология, высота над уровнем моря, климат и др.).
1. Реки Черноморского побережья от р. Дюрсо до р. Туапсе - северо-западная часть ЧПК: Мтт = 0,419 + 0,0042 F, ц= 0,780. (1)
Зависимости минимальных годовых расходов за 30 с (Qmin 1 сут): Qmin (30 сут) = f (Qmin (1сут) ) / Depending on t from the minimum annual expenses for
JION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
2. Реки Сочинского Причерноморья от р. Аше до р. Псезуапсе:
Мтт = 2,20 + 0,0147 F, ц= 0,827. (2)
3. Реки Сочинского Причерноморья от р. Шахе до р. Мзымты - юго-восточная часть побережья с максимальным в регионе увлажнением:
Мтт = 12,4 + 0,0111 F, ц= 0,938. (3)
Здесь Мтт - минимальный (базисный) сток реки, мм за год с 1 км2; F - площадь водосбора, км2; ^ - оценка точности зависимости, или коэффициент корреляции.
Данный метод рекомендуется использовать при подборе рек-аналогов, поскольку только для водосборов рек, входящих в один гидрологический район, можно ожидать сходные гидрологические процессы, для которых будут действительны разработанные модели. Для других водосборов необходима корректировка моделей путем внесения поправочных коэффициентов. В пределах каждой районной зависимости существует связь базисного стока от лесистости водосбора [15].
Таблица 3
/т (Qmin зо сут) от минимальных годовых расходов за 1 сут he minimum annual expenses for 30 days (Qmin 30 days) 1 day (Qmin 1 day): Qmin (30 days) = f (Qmin (1 day))
Река Пункт Кол-во лет наблюдений Коэффициент корреляции Y = a + bxX Qmin (30 c) = a+bx(Qmin (1с) )
a b
Аше с. Аше 26 0,91 0,55 1,023
Куапсе с. Мамедова Щель 35 0,80 0,01 1,154
Псезуапсе с.Татьяновка 26 0,70 0,50 1,148
Шахе с. Солох-Аул 55 0,79 0,17 1,360
Псий с. Тух-Аул 35 0,90 0,02 1,193
Сочи с. Пластунка 54 0,79 -0,05 1,460
Хоста пос. Хоста 45 0,70 0,44 0,820
Мзымта р.п. Красная Поляна 35 0,94 -1,63 1,350
Выводы
В связи с участившимися в регионе катастрофическими паводками оценка максимального стока на реках Сочинского Причерноморья является важной задачей. При хозяйственном освоении территории необходима разработка современных проектных решений, учитывающих рост максимального стока, связанный как с изменением климатических условий в регионе, так и с состоянияем поверхности водосборов рек.
Наиболее явно тенденция к увеличению паводков отмечается с 2014 г., и это связано с несколькими причинами.
Первая причина заключается в том, что происходящие климатические изменения способствуют развитию экстремальных синоптических ситуаций, нехарактерных для данного региона. В результате отмечается рост количества случаев выпадения локальных, очень сильных дождей (100 мм и более за период менее 12 ч), что приводит к формированию паводков категории опасного явления на отдельных реках.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
Если раньше осадки интенсивностью 100 мм за 12 ч выпадали 1 раз в 3-5 лет, то последние 5 лет -ежегодно, а в 2011-2013 гг. - 2-4 раза в год.
При этом наиболее заметное увеличение сумм осадков уже отмечается и прогнозируется в теплый период года. Осадки в виде дождя станут более интенсивными, частично потому, что в атмосфере будет содержаться больше влаги. Так, по модельным расчетам, на большей части суши суточное количество осадков, которое наблюдается в среднем раз в 20 лет, к концу XXI в. может выпадать каждые 10 лет или даже чаще.
Учитывая климатические прогнозы и складывающиеся тренды в изменениях сумм годовых осадков и роста случаев выпадения экстремальных осадков, необходимо отметить высокую вероятность роста количества катастрофических паводков, связанных с выпадением осадков категории опасного явления.
Второй фактор - антропогенный. Застройка пойм, низменных мест приводит к тому, что затопление жилых построек происходит уже при небольших подъемах уровня реки. Высокая засоренность русла рек, особенно малых, значительно снижает их пропускную способность, способствуя более быстрому выходу воды на пойму.
На фоне роста интенсивности выпадающих осадков, согласно климатическим прогнозам, будет наблюдаться тенденция к уменьшению частоты выпадения осадков. Эти изменения вызывают два, казалось бы, противоречащих друг другу эффекта: более интенсивные ливни, вызывающие большее число наводнений, и при этом более длительные засушливые периоды между дождями, приводящие к большему числу засух.
Поэтому в современных условиях критическими могут быть не только катастрофические паводки, но и минимальный сток рек, оказывающий влияние на водообеспечение развивающегося региона. Здесь также решающими могут быть условия хозяйственного использования территории основных рек региона.
Литература
1. Битюков Н.А. Гидрологический режим территории Сочинского Причерноморья // European Geographical Studies. 2018. № 5 (1). C. 3-20.
2. Алексеевский Н.И., Магрицкий Д.В., Колтер-манн П.К., Торопов П.А., Школьный Д.И., Беляко-
ва П.А. Наводнения на Черноморском побережье Краснодарского края // Водные ресурсы и режим водных объектов. 2016. Т. 43, № 1. С. 3-17.
3. Магрицкий Д.В., Самохин М.А., Юмина Н.М. Наводнения в Краснодарском крае и Республике Адыгея // Наука. Техника. Технология. 2013. № 4. С. 44-63.
4. Бефани А.Н. Основные положения теории речного стока // Тр. Одесского гидрометеоин-та. Л.: Гид-рометеоиздат, 1958. Вып. 12. С. 99-164.
5. Бефани А.Н. Основы теории ливневого стока // Тр. Одесского гидрометеоин-та. Л.: Гидрометеоиздат, 1958. Вып. 14. 310 с.
6. Государственный водный кадастр. 1971-1988. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы. Бассейны рек северо-восточного побережья Черного моря, бассейн Кубани. Обнинск: ВНИИГМИ МИД РСФСР, 1989. Т. 1, вып. 1.
7. Государственный водный кадастр. 2004. Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество. М.: Метеоагентство Росгидромета, 2005.
8. Ресурсы поверхностных вод СССР. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. Т. 8. 446 с.
9. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. Т. 8. 380 с.
10. Ткаченко Ю.Ю., Перов Е.А., Денисов В.И. Атлас опасных природных явлений Краснодарского края. Ростов н/Д.; Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2018. 160 с.
11. Битюков Н.А. Речной сток в условиях Черноморского побережья Кавказ // Докл. Соч. отд. Геогр. общ-ва при АН СССР. 1971. Вып. 2. С. 184-189.
12. Битюков Н.А. Влияние буковых насаждений на дождевые осадки // Тр. Соч. НИЛОС. Сочи, 1971. Вып. 6. С. 33-40.
13. Битюков Н.А. Мониторинг экосистем буковых лесов Сочинского Причерноморья // Науч. тр. Соч. нац. парка. 2013. Вып. 5. 391 с.
14. Битюков Н.А., Шагаров Л.М. Мониторинг атмосферных осадков в буковых лесах Черноморского побережья Кавказа // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2013. № 1. С. 67-71.
15. Шепутко В.А. Современные математические модели многолетних колебаний стока // Методы расчета речного стока. М.: Изд-во МГУ, 1980. Ч. II. С. 85110.
References
1. Bityukov N.A. Gidrologicheskii rezhim territorii Sochinskogo Prichernomor'ya [Hydrological regime of the territory of the Sochi Black Sea region]. European Geographical Studies. 2018, No. 5 (1), pp. 3-20.
2. Alekseevskii N.I., Magritskii D.V., Koltermann P.K., Toropov P.A., Shkol'nyi D.I., Belyakova P.A. Na-vodneniya na Chernomorskom poberezh'e Krasno-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2019. No. 4
darskogo kraya [Floods on the Black Sea coast of Krasnodar region]. Vodnye resursy i rezhim vodnykh ob"ektov. 2016, vol. 43, No. 1, pp. 3-17.
3. Magritskii D.V., Samokhin M.A., Yumina N.M. Navodneniya v Krasnodarskom krae i Respublike Ady-geya [Floods in Krasnodar region and the Republic of Ady-gea]. Nauka. Tekhnika. Tekhnologiya. 2013, No. 4, pp. 4463.
4. Befani A.N. [Basic provisions of the theory of river flow]. Tr. Odesskogo gidrometeoin-ta [Proceedings of the Odessa Hydrometeoinstitute]. Leningrad: Gidrome-teoizdat, 1958, iss. 12, pp. 99-164.
5. Befani A.N. [Fundamentals of the theory of storm runoff]. Tr. Odesskogo gidrometeoin-ta [Proceedings of the Odessa Hydrometeoinstitute]. Leningrad: Gidromete-oizdat, 1958, iss. 14, 310 p.
6. Gosudarstvennyi vodnyi kadastr. 1971-1988. Ezhegodnye dannye o rezhime i resursakh poverkh-nostnykh vod sushi [State water cadastre. 1971-1988. Annual data on the regime and resources of surface land waters]. Part 1: Rivers and canals. River basins of the NorthEast coast of the Black sea, Kuban basin. Obninsk: VNIIGMI MID RSFSR, 1989, vol. 1, iss. 1.
7. Gosudarstvennyi vodnyi kadastr. 2004. Resursy poverkhnostnykh i podzemnykh vod, ikh ispol'zovanie i kachestvo [State water cadastre. 2004. Surface and groundwater resources, their use and quality]. Moscow: Mete-oagentstvo Rosgidrometa, 2005.
8. Resursy poverkhnostnykh vod SSSR. Severnyi Kavkaz [Surface water resources of the USSR. Northern Caucasia]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1973, vol. 8, 446 p.
Поступила в редакцию /Received
9. Resursy poverkhnostnykh vod SSSR. Gidro-logicheskaya izuchennost'. Severnyi Kavkaz [Surface water resources of the USSR. Hydrological study. Northern Caucasia]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1975, vol. 8, 380 p.
10. Tkachenko Yu.Yu., Perov E.A., Denisov V.I. Atlas opasnykh prirodnykh yavlenii Krasnodarskogo kraya [Atlas of dangerous natural phenomena of Krasnodar region]. Rostov-on-Don; Taganrog: Izd-vo YuFU, 2018, 160 p.
11. Bityukov N.A. Rechnoi stok v usloviyakh Cher-nomorskogo poberezh'ya Kavkaza [River flow in the conditions of the Black Sea coast of Caucasus]. Dokl. Soch. otd. Geogr. obshch-va pri AN SSSR. 1971, iss. 2, pp. 184189.
12. Bityukov N.A. [Influence of beech plantations on rainfall]. Tr. Sochinskoi NILOS [Proceedings of Sochi NILOS]. Sochi, 1971, iss. 6, pp. 33-40.
13. Bityukov N.A. [Monitoring of beech forest ecosystems of the Sochi black Sea region]. Nauch. tr. Soch. nats. Parka [Scientific works of the Sochi National Park]. 2013, iss. 5, 391 p.
14. Bityukov N.A., Shagarov L.M. Monitoring at-mosfernykh osadkov v bukovykh lesakh Chernomorskogo poberezh'ya Kavkaza [Monitoring of atmospheric precipitation in beech forests of the Black Sea coast of the Caucasus]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Estestv. nauki. 2013, No. 1, pp. 67-71.
15. Sheputko V.A. [Modern mathematical models of long-term fluctuations of runoff]. Metody rascheta rech-nogo stoka [Methods of calculation of runoff]. Moscow: Izd-vo MGU, 1980, ch. II, pp. 85-110.
15 июня 2019 г. / June 15, 2019
