CC BY
60
УДК: 911.2
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
основные тенденции изменения водных ресурсов и формирование водохозяйственных проблем
(НА ПРИМЕРЕ БАССЕЙНОВ РЕК БАШКИРСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ)
© А.М. Гареев,
доктор географических наук,
заведующий кафедрой,
Башкирский государственный университет,
ул. Заки Валиди, 32,
450074, г. Уфа, Российская Федерация,
эл. почта: [email protected]
© А.В. Бакиев,
доктор технических наук, академик АН РБ,
академик-секретарь Отделения наук о Земле и природных ресурсов АН РБ, ул. Кирова, 15,
450008, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]
© Т.В. Воронина,
кандидат географических наук, доцент, Башкирский государственный университет, ул. К. Маркса, 3/4,
450074, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]
В работе представлен анализ основных направлений изменчивости водных ресурсов рек на примере территории Башкирского Предуралья. Дана характеристика динамики изменения среднегодовых значений расходов воды в реках, бассейны которых приурочены к различным частям исследуемого региона, отличающимся друг от друга по физико-географическим условиям и масштабам антропогенных нагрузок. Рассматриваются возможные причины возникновения изменчивости речного стока, их роль в формировании водных проблем. Показана необходимость наблюдения и изучения за многолетними колебаниями стока в целях наиболее полного и рационального хозяйственного использования водных ресурсов и предотвращения негативных тенденций их влияния на природно-хозяйственные системы в пределах изучаемой территории.
Ключевые слова: водные ресурсы рек, годовой сток, цикличность, многоводные и маловодные фазы
© A.M. Gareev1, A.V. Bakiev2, T.V. Voronina3
major trends in water resource variability and formation of water problems (WITH RIVER BASINS OF THE BASHKIR CIS-URALS TAKEN AS AN EXAMPLE)
This paper analyzes some major trends in water resource variability within the Bashkir Cis-Urals. It characterizes the dynamics of the average annual water discharge of the rivers whose basins are located in different parts of the region under study with different physicogeographical conditions and anthropogenic loads. Possible causes of water discharge variability and their role in the formation of water problems are discussed. Observation and research of long-term discharge fluctuations are shown to be necessary for the most complete and rational use of water resources and prevention against their negative impact on the natural economic systems within the region in question.
Key words: water resources of rivers, annual discharge, cyclicity, high and low water phases
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2015, том 20, № 1 llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
1 3Bashkir State University, 32, ulitsa Zaki Validi, 450074, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]
2Academy of Sciences
of the Republic of Bashkortostan,
15, ulitsa Kirova,
450008, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]
3 Bashkir State University, 3/4, ulitsa K. Marksa, 450074, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Как показывает анализ многочисленных опубликованных источников, в пределах многих государств, расположенных на различных материках, в течение последних десятилетий наблюдается увеличение частоты проявления экстремальных ситуаций в виде наводнений, затоплений, подтоплений и т.д. Так, в пределах Российской Федерации к территориям, по которым наблюдаются частые случаи формирования указанных процессов, относятся: Северный Кавказ, Среднее Поволжье, Южный Урал, Западная Сибирь, Дальний Восток и др. Не останавливаясь на анализе значимости отдельных факторов в формировании водных проблем, отметим, что в бассейнах малых и средних рек формирование изменчивости стока в многолетнем разрезе происходит в зависимости от влияния как естественных, так и антропогенных факторов. Они наиболее отчетливо проявляются в бассейнах малых и средних рек, что обусловлено, главным образом, влиянием местных факторов, что позволяет изучить и оценить абсолютные и относительные показатели изменения речного стока в зависимости от влияния естественных и антропогенных факторов. Например, наиболее экстремальным изменением водных ресурсов в Республике Башкортостан характеризовались реки в 2009— 2013 гг., когда в одних случаях во время весеннего половодья оказались затопленными хозяйственные объекты, населенные пункты, в других (в 2010, 2012 гг.) — произошло резкое снижение речного стока. Негативные последствия этого влияния прослеживаются по настоящее время.
Выбор Башкирского Предуралья в качестве изучаемой территории в данной работе обусловлен тем, что она характеризуется высоким уровнем развития различных отраслей экономики (нефтяная промышленность, сельское хозяйство, урбанизированные территории, которые оказывают как рассредоточенное (по водосбору), так и локализованное влияние на состояние водных объектов раз...............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ .
личной категории). Характерно то, что здесь имеется сеть многолетних гидрометрических наблюдений, анализ которых позволяет выявить основные циклы, фазы и тенденции изменения речного стока во времени.
Следует отметить, что водные ресурсы Башкортостана в целом, в т. ч. и в пределах Предуралья, изучены достаточно хорошо [1— 7]. В указанных работах количественные характеристики водных ресурсов оцениваются в одних случаях с начала наблюдений до 70-х и 80-х гг. ХХ в. [1; 2; 7], в других — нашли отражение тенденции, сформировавшиеся в течение последних десятилетий, когда происходило формирование фазы с наиболее маловодными показателями [3—6]. В то же время факт формирования большой совокупности водохозяйственных и водно-экологических проблем после засушливых 2010, 2012 гг. обусловливает необходимость углубленного анализа и оценки тенденций в изменениях водных ресурсов в бассейнах рек различной категории применительно к предотвращению возникновения неблагоприятных и чрезвычайных ситуаций, с весомыми показателями экологического и экономического ущербов. Следует указать на то, что в весенний период (во время половодья) протекает основное количество годовых водных ресурсов, в то время как на летнее-осенний и зимний периоды (в условиях преимущественно подземного питания) приходится значительно меньшее их количество. Внутригодовое распределение речного стока в различные по водности годы показано в табл. 1.
Как видно из табл. 1, по основной части изучаемой территории на долю весеннего стока приходится от 50 до 82,3% годового стока. Достаточно равномерным распределением стока внутри года характеризуются только реки, протекающие в пределах Уфимского плато, что, главным образом, происходит в зависимости от влияния карста.
Одним из методов, достаточно отчетливо отражающих динамику изменения водных
315, том 20, № .....................................................................
А.М. Гареев, А.В. Бакиев, Т.В. Воронина ///////////////////////М/^^^
Таблица 1
Сезонный сток рек по гидрологическим провинциям Башкирского Предуралья, % [1]
Водосбор (река — пункт) Характерный год Весенний период Летне-осенний период Зимний период
Область Башкирского Предуралья 1. Уфимское плато
Многовод. 34.1 43.2 22.7
Сарс — д. Султанбеково Средний 39.2 35.8 25.0
Маловод. 39.8 33.3 26.9
Многовод. 50.8 26.0 23.2
Бирь — с. Малосухоязово Средний 47.3 28.0 24.7
Маловод. 47.0 27.3 25.3
2. Правобережно-Прибельская
Многовод. 64.7 19.7 15.6
Б.Танып — д. Алтаево Средний 65.9 19.6 14.5
Маловод. 66.7 19.5 13.8
3. Средне-Айская
Многовод. 54.0 32.0 14.0
Ай — с. Метели Средний 50.0 35.3 14.7
Маловод. 59.0 28.1 12.3
4. Левобережно-Прибельская
Уршак — с. Ляхово Средний 69.3 16.4 14.3
5. Чермасанско-Ашкадарская
Чермасан - д. Новоюмра-ново Многовод. 81.4 12.8 5.8
Средний 79.1 15.3 5.6
Маловод. 79.3 14.8 5.9
Многовод. 80.0 13.8 6.2
Ашкадар - х. Веселый Средний 81.1 13.1 5.8
Маловод. 82.3 12.5 5.2
6. Стерлибашевско-Белебеевская
Сюнь — д. Минъярово Многовод. 75.5 14.9 9.5
Средний 74.3 16.5 9.2
Дема — д. Дюсяново Маловод. 74.0 17.1 8.9
Средний 69.1 18.3 12.6
ресурсов во времени, является применение метода разностных интегральных кривых (РИК), которые составляются на основании обработки материалов многолетних наблюдений посредством применения формулы
Урик = 2(Ю - 1)/ Су, (1)
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
где К! — модульные коэффициенты, I — годы, Су — коэффициенты вариации, Урик — ординаты РИК [3].
Таким образом, совмещенные РИК по бассейнам рек показывают изменение изучаемых показателей во времени и пространстве под влиянием естественных (осадки, испарение, температура воды и воздуха и др.) и антропогенных факторов.
2015, том 20, № 1 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
Рис. 1. Совмещенный график РИК годового стока по бассейнам рек левобережья р. Белой,
за 1949 - 2009 гг. [8]
На основании анализа графиков, отражающих изменение речного стока по РИК (см. рис. 1), можно заметить, что для значительного количества водотоков (рек Стерля, Ашкадар, Уршак, Дема, Чермасан) характерна синхронность изменения стока.
В то же время можно отчетливо заметить, что по левобережным притокам р. Белой маловодная фаза наблюдалась в 1950—1985 гг.,
многоводная — в 1986—2003 гг. Из таблицы 2 видно, что по одним рекам маловодная фаза сформировалась с начала 2004 г. (р. Уршак ), по другим — позже, с 2005—2007 гг. (реки Мия-ки, База, Дема, Стерля, Ашкадар). С 2005— 2007 гг. в целом сформировалась вторая маловодная фаза, которая может продолжаться в течение длительного времени в ближайшей и отдаленной перспективе.
Рис. 2. График РИК среднегодовых расходов (м3/с) р. Ай у с. Лаклы за 1938-2010 гг. [8] .......ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
РБ/ /21
2015, том 20, № 1
Таблица 2
Выделение маловодных и многоводных фаз для годового стока рек левобережья р. Белой
(составлена по данным БашУГМС)
Река — пункт Маловодные Многоводные
Дема — д. Бочкарева 1950—1985, 2007—2010 1986—2007
Стерля — д. Отрадовка 1955—1985, 2007—2010 1986—2005, 1999—2006
Чермасан - д. Новоюмраново 1952—1961, 1967—1985, 2008—2010, 1962—1967, 1986—2007,
Дема — д. Дюсяново 1953—1962, 1967—1984, 1995—1999... 1963—1967, 1985—1995, 2000—2005,
Ашкадар — д. Ново-Федоровка 1971—1985, 2006—2009 1986—2005,
Уршак — с. Ляхово 1949—1962, 1968—1978, 2004—2008 1963—1967, 1979—2004
Усень — г. Туймазы 1951—1955, 1976—1980, 1988—2008 1966—1976 1981—1987,
Мияки — д. Миякитамак 1957—1976, 1982—1985, 2005—2008, 1977—1981 1985—2005
База — д. Рсаево 1970—1976, 1980—1986, 2005—2009 1976—1980, 1987—2004, 1999—2007
Чекмагуш — д. Чекмагуш 1981—2009
Исключение составляет динамика изменения стока рек, бассейны которых расположены в сложных физико-географических условиях, формирующихся в результате влияния гор Южного Урала и равнинных пространств Предуралья (реки Ай, Юрюзань). На примере изменения среднегодовых расходов воды на р. Ай у с. Лаклы (см. рис. 2) можно заметить, что показатели изменчивости во времени менее существенны. Хотя с 2007 г. также заметно начало формирования очередной маловодной фазы.
.............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
На фоне оценки изменчивости стока во времени, а также выделения многоводных и маловодных фаз с практической точки зрения вызывает интерес, что будет с водными ресурсами в реках различной категории в ближайшей и отдаленной перспективах. Допустим, графики РИК позволяют лишь предположительно оценивать возможные будущие изменения расходов воды в реках. С учетом этого формирование самого речного стока, в т.ч. и расходов воды, происходит в зависимости от влияния большой совокупности
2015, том 20, № 1 11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
естественных и антропогенных факторов; отметим необходимость изучения в пространстве и времени стокоформирующих факторов, что поможет более отчетливо изучить тенденции и направления изменения расходов воды внутри года. Соответственно, это позволит обоснованно выполнять водохозяйственные и водно-экологические расчеты в изменяющихся условиях.
В целях подробного изучения формирования возможных изменений в водном хозяйстве в последующем нами предпринята попытка оценить значимость основных стоко-формирующих факторов, многолетняя динамика изменчивости которых оказывает непосредственное влияние на изменчивость речного стока. В качестве основополагающих приняты фондовые материалы кафедры гидрологии и геоэкологии географического факультета БашГУ, полученные в рамках проведения мероприятия по международному проекту, поддержанному фондом « Фольксваген» в 2007—2012 гг. под научным руководством А.М. Гареева. Исследованиями была охвачена территория лесостестепного Предуралья. Полученные результаты отражены в опубликованных работах [2; 4]. Выделим основные позиции, характеризующие тенденции многолетних изменений стокоформирующих факторов, влияющих и на возникновение водохозяйственных проблем. Они сводятся к следующему:
1. С 60—х гг. XX в. произошло увеличение среднегодовых значений температур воздуха в пределах 0,8—1,2°C, что способствует повышению показателей испаряемости с речных водосборов и отражается в водном балансе бассейнов рек [2].
2. Обнаруживается тенденция изменения годовой суммы атмосферных осадков, при этом в северных районах (в лесной зоне) просматривается некоторое увеличение их
количества, в южных (степной зоне) — уменьшение.
3. Произошло заметное изменение вну-тригодового распределения атмосферных осадков, главным образом, в виде увеличения зимних осадков и уменьшения летних. Это отражает нарастание засушливости климата и его влияние на изменение минимальных показателей речного стока. Повсеместно проводимые вырубки лесов и деградация природных комплексов на водосборе приводят к трансформации склонового и речного стока, способствуют активизации развития эрозионных русловых процессов, возникновению наводнений, разрушений и т.д. [6].
4. Обнаруживается тенденция изменения глубины промерзания почв в связи с повышением температуры воздуха в зимний период;
5. Проявляются сдвиги в переходе температуры воздуха через 0 °С весной и осенью, соответственно, некоторое удлинение вегетационного периода. При этом смещение сначала интенсивного снеготаянья на более поздние сроки сочетается с резким нарастанием положительных температур в указанное время, что способствует формированию в отдельных случаях экстремальных расходов воды в реках, вызывающих наводнения и активизирующих русловые процессы [4; 5].
6. Наиболее существенными факторами, оказывающими неблагоприятное воздействие на изменение речного стока являются вырубки лесов, деградация природных комплексов, соответственно, резкое снижение естественной водорегулирующей способности речных водосборов. Это является причиной значительного обмеления рек в летнее-осеннее-зимнее время, вызывает критические условия в водопользовании, наносит ущерб экономике республики, имеет неблагоприятные экологические последствия в самих водных объектах.
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2015, том 20, № 1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII................ЕЛ
ЛИТЕРАТУРА
1. Балков В.А. Водные ресурсы Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат, 1978. 176 с.
2. Гареев А.М. Реки, озера и болотные комплексы Республики Башкортостан. Уфа: Белая река, 2011. 288 с.
3. Балков В.А., Воронина Т.В. Инженерно-гидрологические расчеты: учеб. пособие. Уфа: Башк. ун-т, 1996. 76 с.
4. Гареев А.М., Галимова Р.Г., Миннегалиев А.О. Некоторые характеристики изменения стокоформи-рующих факторов на фоне глобальных изменений климатических условий (на примере лесостепного Предуралья) // Вестник Башк. ун-та. 2013. Т. 18. № 4. С. 1095-1098.
5. Гареев А.М., Зайцев П.Н. Основные тенденции многолетней изменчивости факторов, формирующих максимальный сток во время весеннего половодья на реках Башкирского Предуралья // «Региональные - проблемы водопользования в изменяющихся климатических условиях»: материалы науч. докладов участников Междунар. науч.-практ. конф. г. Уфа, Республика Башкортостан, 2014. С. 134-138.
6. Гареев А.М., Хабибуллин И.Л. Естественные и антропогенные факторы развития эрозионных процессов. Уфа: РИЦ БашГУ, 2010. 124 с.
7. Ресурсы поверхностных вод. Т. 11. Основные гидрологические характеристики. Вып. 1. Л.: Гидро-метеоиздат. 1975. 380 с.
8. Фондовые материалы кафедры гидрологии и геоэкологии Башкирского государственного университета за период 1961-2010 гг.
REFERENCES
1. Balkov V.A. Vodnye resursy Bashkirii [Water resources of Bashkiria]. Ufa, Bashknigoizdat, 1978. 176 p. (In Russian).
2. Gareev A.M. Reki, ozera i bolotnye kompleksy Respubliki Bashkortostan [Rivers, lakes and bog complexes of the Republic of Bashkortostan]. Ufa, Belaya Reka, 2011. 288 p. (In Russian).
3. Balkov V.A., Voronina T.V. Inzhenerno-gidrologi-cheskie raschety [Hydrologic engineering calculations]. Training manual. Ufa, Bashkir University Publ., 1996. 76 p. (In Russian).
4. Gareev A.M., Galimova R.G., Minnegaliev A.O. Nekotorye kharakteristikiizmeneniya stokoformiruyushchikh faktorov na fone globalnykh izmeneniy klimaticheskikh usloviy (na primere lesostepnogo Preduralya) [Some characteristics of the changing of drain-forming factors against the background of global climatic changes]. Vestnik Bashkirskogo universiteta - Herald of the Bashkir State University, 2013, vol. 18, no. 4, pp. 1095-1098 (In Russian).
5. Gareev A.M., Zaytsev P.N. Osnovnye tendentsii mnogoletney izmenchivosti faktorov, formiruyushchikh
maksimalnyy stok vo vremya vesennego polovodya na rekakh Bashkirskogo Preduralya [Major trends in long-term variability of the factors responsible for maximum water discharge during spring floods in the rivers of the Bashkir Cis-Urals]. Regionalnye problemy vodopolzovaniya v izmenyayushchikhsya klimaticheskikh usloviyakh [Regional problems of water management under changing climatic conditions]. Proceedings of the International Science and Research Conference. Ufa, 2014, pp. 134-138 (In Russian).
6. Gareev A.M., Khabibullin I.L. Estestvennye i antropogennye faktory razvitiya erozionnykh protsessov [Natural and anthropogenic factors of erosion development]. Ufa, Bashkir University Publ., 2010, pp. 124 (In Russian).
7. Resursy poverkhnostnykh vod [Surface water resources]. Vol. 11. Osnovnye gidrologicheskie kha-rakteristiki [Main hydrological characteristics]. No. 1. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975. 380 p. (In Russian).
8. Fondovye materialy kafedry gidrologii i geoe-kologii Bashkirskogo gosudarstvennogo universiteta za period 1961-2010 gg. [Library materials of the Chair of Hydrology and Geoecology of the Bashkir State University over the period of 1961 through 2010] (In Russian).
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2015, том 20, № 1 llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
