CC BY
54
УДК 556.16.048 (470.6) ББК 26.222.55 (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, нормы и многолетней изменчивости годового стока рек Азово-Кубанской равнины
(Рецензирована)
Аннотация. Выполнены расчеты математических моделей нормы годового стока рек и его многолетней изменчивости основных водосборных бассейнов Азово-Кубанской равнины. Проведено районирование бассейнов рек Азово-Кубанской равнины по водоносности. Расчетные математические модели нормы годового стока рек Азово-Кубанской равнины, районирование по водоносности необходимы для водохозяйственного и географо-гидрологического районирования региона.
Ключевые слова: Азово-Кубанская равнина, водный режим, норма годового стока рек, многолетняя изменчивость, математические модели нормы годового стока, районирование по водоносности.
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 regime, norm and many-year variability of the annual runoff of the Azov-Kuban plain rivers
Abstract. Calculations are made of mathematical models of the norm of the annual river runoff and its long-term variability in the main water catchment basins of the Azov-Kuban plain. Division into districts of its river basins in terms of the rate of stream flow is carried out. Calculated mathematical models of the norm of the annual river runoff in the Azov-Kuban plain and division into districts according to the rate of stream flow are required to carry out the water management and geographic-hydrological division of the region into districts.
Keywords: the Azov-Kuban plain, the water mode, norm of an annual river runoff, long-term variability, mathematical models of norm of an annualriver runoff, division into districts according to the rate of stream flow.
Введение
Уровень и перспективы дальнейшего социально-экономического развития СевероЗападного Кавказа особенно обусловлены развитием водно-ресурсного потенциала Азово-Кубанской равнины.
Северо-Западный Кавказ (Краснодарский край и Республика Адыгея) с учетом основных природных различий подразделяют на три части: 1) Азово-Кубанская равнина; 2) Горы Большого Кавказа с расположением бассейна р. Кубани; 3) Черноморское побережье (в пределах Российской Федерации). В целом Северо-Западный Кавказ обеспечен ресурсами поверхностных вод, но пространственное распределение их чрезвычайно неравномерно. Распределение площадей и объемов среднего годового стока рек (рис. 1) показывает, что реки Азово-Кубанской равнины имеют самые низкие показатели по объему среднего годового стока ( W = 2 - 2,5 км3) [1].
Азово-Кубанская равнина - регион с развитым агропромышленным комплексом - располагается в зоне недостаточного увлажнения с низким стоком и высокой степенью его многолетней изменчивости, что обуславливает напряженный водохозяйственный баланс, лимитирующий развитие хозяйства региона.
В условиях прогрессирующего дефицита водно-ресурсного потенциала Азово-Кубанской равнины особую актуальность приобретают исследования мониторинга ресурсов поверхностных вод региона, особенно средних и малых рек, которые в гидрологическом отношении остаются до сих пор недостаточно изученными.
Важнейшей актуальной проблемой Азово-Кубанской равнины является мониторинг
водного режима, нормы и многолетней изменчивости годового стока рек региона. Исследование водоносности необходимо для успешного планирования и проектирования водохозяйственных объектов, для водохозяйственного районирования.
Главной характеристикой, позволяющей судить о ресурсах поверхностных вод региона, о водоносности рек, является норма годового стока и его многолетняя изменчивость.
Рис. 1. Распределение площадей (^, тыс. км2) и объемов среднего годового стока рек (Ж , км3).
1 - р. Кубань; 2 - реки Черноморского побережья; 3 - реки Азово-Кубанской равнины
Материал и методы исследования
Для выполнения исследований по мониторингу водного режима, нормы и многолетней изменчивости годового стока рек Азово-Кубанской равнины использовалась режимная гидрометеорологическая информация из фондов Северо-Кавказского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета, ФГУ «Кубаньмониторингвод», Кубанского бассейнового водного управления (Кубань БВУ) [1].
В исследованиях использованы данные о годовом стоке по 6 гидрологическим пунктам наблюдений за 46 лет (1968-2014 гг.).
Норма годового стока (средний многолетний сток) является основной и устойчивой характеристикой, определяющей водоносность рек и потенциальные водные ресурсы региона.
Годовой сток в норме - это результат сложного взаимодействия многих факторов. Средний многолетний модуль годового стока (М) зависит от пяти основных факторов, влияющих на его норму, и представлен в виде формулы:
M = f (x, f, H , f , h ),
J \ 5 5 ср5 J лес' в )'
где:
х - средние многолетние осадки;
* - среднегодовая температура;
Нср - средняя взвешенная высота водосбора;
/лес - площадь лесистости в %;
Ив - глубина эрозионного вреза долин.
Модуль годового стока в норме выражается в виде следующей математической модели: М = 0,003х - 3,75*о + 0,0007Я + 0,114 / + 0,02йп + 28,85 .
^ ^ ^ ср ^ I/ лес ^ в ^
Модуль годового стока - это интегральная характеристика всех физико-географических условий (климат, рельеф, геологическое строение, растительность).
Расчет математических моделей нормы годового стока и коэффициенты множественной корреляции выполнены при помощи ЭВМ.
При анализе и обобщении гидрометеорологической информации применялись методы графических и картографических построений, гидрологической аналогии.
Результаты исследования и их обсуждение
Мониторинг водных объектов является составной частью системы государственного мониторинга окружающей среды.
В современных условиях научно-технического прогресса мониторинг природной среды, в том числе водных ресурсов, является одной из актуальных проблем.
По Азово-Кубанской равнине протекают типично степные реки: Ея (311 км), Челбас (288 км), Кирпили (202 км), Бейсуг (193 км), Кагальник (162 км), Южный Бейсужек (161 км), Сосыка (159 км), Эльбузд (109 км), Куго-Ея (108 км) и др., имеющие северо-западное направление в связи с общим наклоном равнины. Общая длина всех степных рек Азово-Кубанской равнины составляет 4791 км, площадь водосбора - 24 тыс. км2, что составляет 29% территории Северо-Западного Кавказа (табл. 1).
Таблица 1
Степные реки Азово-Кубанской равнины в пределах Северо-Западного Кавказа
Название реки Длина, км Площадь водосбора, км2 Средний расход воды, м3/с
Ея 319 8650 2,5
Куго Ея 108 1260 2,5
Кавалерка 78 695 0,4
Сосыка 162 1950 1,2
Челбас 278 4210 2,41
Бейсуг 249 5840 2,4
Кирпили 202 2270 2,0
Бейсужек Левый 161 1890 2,3
Бейсужек Правый 93 759 2,1
Понура 90 692 1,67
Албаши 64 893 0,3
Эдьбузд 109 1600 2,2
Кочеты 37 1050 2,1
Ясени 288 3950 2,3
Степные реки немноговодны и отличаются высокой минерализацией (600-1200 мг/л). Среднегодовой расход (по многолетним данным) колеблется от 0,3 м3/с - р. Албаши до 2,5 м3/с - р. Ея (р. Сосыка - 1,2 м3/с, Челбас - 2,41 м3/с, Понура - 1,67 м3/с и т.д.) [2].
Водный режим рек определяется климатическими, гидрогеологическими, орографическими и гидрографическими особенностями исследуемой территории [3, 4].
Режим рек Азово-Кубанской степной равнины характеризуется весенним половодьем и паводками, то есть типом II. На многоводный сезон с февраля по май здесь приходится 5075% годового стока. В связи с неустойчивостью зим половодье бывает не ежегодно, поэтому в отдельные годы реки характеризуются паводковым режимом. В среднем за половодье стекает от 50 до 75% годового стока. Начинается оно обычно в марте или в конце февраля, отличается резким подъемом и небольшой продолжительностью. Летне-осенняя межень, продолжающаяся с апреля по ноябрь, в отдельные годы прерывается паводками, высота которых может превышать максимумы весеннего половодья. В периоды выраженной летне-осенней и зимней межени реки с площадью водосбора до 5000 км2 могут пересыхать, а зимой - промерзать. По классификации П. С. Кузина - это реки с весенним половодьем и паводками в течение всего года. Естественный режим рек района нарушен в результате сооружения многочисленных прудов, в результате чего реки в летнее время делятся на отдельные плесовые участки, разделенные сухими руслами [5].
Годовой сток отдельных лет на реках Азово-Кубанской равнины может то превышать средний более чем в 2,5 раза, то составлять только 20% и менее от него (максимальный -2,68 км3, минимальный - 0,05 км3).
Выполнены математические модели нормы годового стока для водосборных бассейнов основных рек Азово-Кубанской равнины (табл. 2).
Коэффициенты множественной корреляции нормы годового стока рек основных бассейнов колеблются от 0,89 до 0,91, а для всех бассейнов - 0,91, что показывает высокую тесноту связей пространственного распределения годового стока [6, 7].
Таблица 2
Сводные данные функций и аргументов математических моделей нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов Азово-Кубанской равнины
№ Водосборный бассейн Функция M, л/с-км2 Аргументы (средние)
X , мм t° ЯСр, м ^е^ % Нв, см
1. р. Ея 0,45 456 11,2 68,0 2,0 210
2. р. Сосыка 0,67 510 10,9 54,0 2,1 198
3. р. Челбас 0,86 536 10,7 70,0 1,9 164
4. р. Бейсуг 1,19 548 10,3 74,0 1,8 178
5. р. Бейсужек 1,18 598 10,2 77,0 1,4 197
6. р. Кирпили 1,32 531 11,5 49,0 1,7 196
7. р. Понура 1,68 589 11,8 46,0 1,5 199
8. р. Протока 1,72 604 12,3 26,0 1,3 208
9. р. Кочеты 1,36 600 12,7 46,0 1,6 204
Среднее 1,15 540 11,3 56,6 1,7 194,8
Согласно рассчитанным нормам годового стока по бассейнам рек Азово-Кубанской равнины выделены три зоны водоносности:
I зона - низкой водоносности (М=0,45-0,85 л/с-км2), к которой относятся водосборные бассейны рек Ея и Сосыка;
II зона - средней водоносности (М=0,86-1,19 л/с-км2), к ней относятся водосборные бассейны рек Челбас, Бейсужек, Бейсуг;
III зона - относительно высокой водоносности (М=1,20-1,72 л/с-км2), к ней относятся водосборы рек Кирпили, Кочеты, Понура, Протока (рис. 2).
Рис. 2. Зоны водоносности и изолинии коэффициентов вариации годового стока рек в пределах Северо-Западного Кавказа (включая реки Азово-Кубанской равнины) Зоны водоносности: I - низкая (М=0,45-0,85 л/с-км2);
II - средняя (М=0,86-1,19 л/с-км2);
III - относительно высокая (М=1,20-1,72 л/с-км2)
Математическая модель нормы (модуль годового стока) позволяет оценить удельные водные ресурсы территорий. Анализ оценки водных ресурсов по территориям (табл. 2) показывает, что максимальными потенциальными водными ресурсами обладают реки в юго-западной части Азово-Кубанской равнины, в связи с близостью Азовского моря [8, 9].
Количественным показателем многолетней изменчивости стока рек является коэффициент вариации (Су). Коэффициенты вариации годового стока рек в пределах Азово-Кубанской равнины изменяются от 0,4 до 0,75 (рис. 2).
Водные ресурсы в пределах Азово-Кубанской равнины распределены неравномерно, и для некоторых административных территорий, расположенных в бассейнах рек, недостаточны. Водные ресурсы и водообеспеченность Азово-Кубанской равнины представлены в таблице 3.
Таблица 3
Водные ресурсы рек и водообеспеченность субъектов Российской Федерации
(на 01.01.2014 г.)
№ Субъект РФ Площадь, Средний годовой объем, км2 Водообеспеченность, тыс. км3/год
тыс. км2 местного стока притока общего стока на 1 км2 на 1 чел.
1. Краснодарский край, 76,0 14,2 5,3 19,5 155 2,3
в т.ч.регион - Азово-Кубанская равнина 50,7 0,75 0,02 0,77 132 1,9
2. Республика Адыгея 7,8 2,6 1,12 3,72 138 2,1
Выводы
Выполненный анализ мониторинга водного режима, нормы и многолетней изменчивости годового стока рек Азово-Кубанской равнины выявил особенности водного режима, нормы и многолетней изменчивости.
1. По Азово-Кубанской равнине протекают типично степные реки, общая длина которых составляет 4791 км с площадью водосбора 24 тыс. км2, что составляет 29% территории Северо-Западного Кавказа. Степные реки немноговодны, с непостоянным водным режимом, колеблющимся по сезонам года расходами воды. Среднегодовой расход колеблется от 0,3 м3/с (р. Албаши) до 2,5 м3/с (р. Ея). Водный режим рек Азово-Кубанской равнины характеризуется весенним половодьем и паводками. В среднем за половодье стекает 50-75% годового стока.
2. Выполнены математические модели нормы годового стока для основных водосборных бассейнов Азово-Кубанской равнины, которые колеблются от 0,45 (р. Ея) до 1,72 л/с-км2 (р. Протока), применимые для практических расчетов речного стока.
3. В пределах Азово-Кубанской равнины выделены три зоны водоносности: низкая (М=0,45-0,85 л/с-км2), средняя (М=0,86-1,19 л/с-км2), относительно высокая (М=1,20-1,72 л/с-км2), а коэффициенты вариации годового стока рек изменяются от 0,4 до 0,75.
4. Водный режим степных рек Азово-Кубанской равнины находится под значительным влиянием антропогенных факторов. Оценка и прогноз степени этого влияния представляют многолетний аспект специального исследования [10].
В целях совершенствования мониторинга поверхностных вод Азово-Кубанской равнины необходимо:
- постоянно финансированный федеральный мониторинг за русловыми процессами, деформацией русел рек, сохранением пойменных озер и стариц, расчисткой прудов, а также создание экологических, рекреационных и водоохранных зон с ограничением хозяйственной деятельности;
- создание в степной зоне экологических и рекреационных зон, прибрежных водоохранных зон (ПВЗ) со строгим ограничением хозяйственной деятельности;
- требуется федеральное и краевое финансирование для возрождения «умирающих» степных рек Азово-Кубанской равнины.
Выполненный анализ мониторинга современного состояния рек Азово-Кубанской равнины, расчет удельных водных ресурсов бассейнов рек, районирование по водоносности мо гут быть использованы для практических целей специалистами водного хозяйства для водо хозяйственного районирования.
Примечания:
1. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 8. Северный Кавказ. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 447 с.
2. Мельникова Т.Н., Тарасенко Н.В. Мониторинг водного режима рек Азово-Кубанской равнины // Наука. Образование. Молодежь: материалы V Все-рос. науч. конф. молодых ученых. Майкоп: Изд-во АГУ, 2008. С. 238-240.
3. Мельникова Т. Н. Географические особенности водного режима рек Северо-Западного Кавказа // Международный журнал экспериментального образования. М.: Академия Естествознания, 2012. № 6. С. 22-24.
4. Мельникова Т.Н. Влияние факторов подстилающей поверхности на водоносность бассейна реки Белой. Майкоп: Изд-во АГУ, 1995. С. 140-144.
5. Мельникова Т.Н., Комлев А.М. Водоносность рек Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Качество, 2003. 132 с.
6. Комлев А.М., Мельникова Т.Н. Водный режим рек Северо-Западного Кавказа. Закономерности формирования и методы расчета. Пермь: ПГУ, 2008. 112 с.
7. Мельникова Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Изд-во АГУ, 2003. С. 49-50.
8. Мельникова Т.Н. Многолетняя изменчивость годового стока рек бассейна Кубани // Фундаментальные исследования. М.: Академия Естествознания, 2006. № 2. С. 97-98.
9. 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
10. Мельникова Т.Н. Антропогенные факторы водного режима поверхностных вод Азово-Кубанской равнины // Фундаментальные исследования. М.: Академия Естествознания, 2006. № 2. С. 98.
References:
1. Resources of the surface waters of the USSR. Vol. 8. The North Caucasus. L.: Gidrometeoizdat, 1973. 447 pp.
2. Melnikova T.N., Tarasenko N.V. Monitoring of the water regime of the rivers of the Azov-Kuban plain // Science. Education. Youth: proceedings of the V Russian scient. conf. of young scientists. Maikop: ASU Publishing House, 2008. P. 238-240.
3. Melnikova T.N. Geographical features of the water regime of the North-West Caucasus rivers // International Journal of Experimental Education. M.: Academy of Natural Sciences, 2012. No. 6. P. 22-24.
4. Melnikova T.N. Influence of factors of the underlying surface on the water content of the River Belaya basin. Maikop: ASU Publishing House, 1995. P. 140-144.
5. Melnikova T.N., Komlev A.M. The water content of the rivers of the Northwest Caucasus. Maikop: Ka-chestvo, 2003. 132 pp.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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 (161). P. 111-116. URL: http://vestnik.adygnet.ru
10. Melnikova T.N. Anthropogenic factors of water regime of the surface waters of the Azov-Kuban plain // Basic Research. M.: Academy of Natural Sciences, 2006. No. 2. P. 98.
