CC BY
291
УДК 556.162
Нагаева Екатерина Обязов Виктор Курганович Константин
Васильевна Афанасьевич Анатольевич
Ekaterina Nagaeva Victor Obyazov Konstantin Kurganovich
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ СТОКА РЕК ПО ТЕРРИТОРИИ
ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ
THE DISTRIBUTION OF RIVERS FLOW MODULE ON THE TERRITORY OF TRANSBAIKAL REGION
Отмечено, что территория Забайкальского края характеризуется хорошо развитой речной сетью, при этом водотоки недостаточно изучены для расчётных обоснований расходов воды из-за разреженной сети гидрологических постов. Получение в таких условиях необходимых данных возможно с помощью карт пространственного распределения стока. Исходными материалами для работы послужили многолетние данные о среднем годовом стоке рек за период 1980-2012 гг., морфометрические характеристики водосборов рек (площадь, средняя высота водосбора) по 95 гидрологическим постам Забайкальского края.
На основе анализа физико-географических условий территория Забайкальского края поделена на шесть гидрологических районов. В пределах каждого района проанализированы данные наблюдений за годовым стоком рек на гидрологических постах. Короткие ряды наблюдений методом гидрологической аналогии приведены к длинному периоду путём восстановления средних годовых величин стока. Для каждого района выявлены зависимости модуля стока от высоты водосбора М = /(Ир). Полученные зависимости аппроксимированы степенной функцией с достаточной надежностью. Посредством специальных модулей программы АгеЫЯ и цифровой
Transbaikal territory is characterized by well-developed river network. However, many streams are not yet been studied well for the water flow computational purposes due to the sparse network of hydrological stations. Getting necessary data is possible with the help of the flow distribution maps. The initial data for the work are the average annual river flow for the period 1980-2012 years and morphometric characteristics of the watershed (the area, the average height of a watershed) for 95 hydrological stations of Transbaikal Region.
Based on the analysis of physiographic conditions, the territory of Transbaikal region has been divided into 6 hydrological zones. For each area the relations of the catchment height and the module of flow M = f (Hp) has been identified. The obtained dependences have been approximated by a power function. By means of special software modules ArcGIS and SRTM digital elevation model based on the river flows data analysis, a map of the river flow module distribution has been made. The resulting map can be used to calculate river flow module value in poorly studied areas
модели рельефа SRTM на основе проведенного анализа данных о стоке рек составлена карта распределения модуля стока. Наибольшие значения модуля стока отмечаются для верховий рек, стекающих с хребтов Кодар и Чикоконский, наименьший модуль стока характерен для рек, расположенных на юго-востоке Забайкальского края. Полученная карта распределения среднего годового модуля стока рек может использоваться для подсчёта его величин в слабоизученных, в гидрологическом отношении, районах края
Ключевые слова: речной сток, физико-географические условия, средняя высота водосбора, модуль стока, гидрологический район, Агс01Б, БЯТМ, карта распределения модуля стока
Key words: flow, physiographic conditions, average height of catchment, module of flow, hydrological area, ArcGIS, SRTM, flow module distribution map
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Забайкальского края, грант 14-05-98005-р_сибирь_а
Территория Забайкальского края характеризуется хорошо развитой речной сетью, включающей более чем 40 тыс. водотоков, около 98 % из которых имеют длину менее 25 км и 54 реки длиной от 100 до 500 км [9]. При этом сеть гидрологических постов очень разрежена, поэтому водотоки недостаточно изучены для расчётных обоснований расходов воды [2]. Активное использование водных ресурсов в горной промышленности, коммунальном хозяйстве, энергетике требует уточнения поверхностного стока рек края [7]. На пространственную изменчивость среднего годового стока рек существенное влияние оказывает разнообразие физико-географических условий, связанных со значительной протяженностью региона с юга на север, сложной орографией. Получение в таких условиях необходимых данных возможно с помощью карт распределения стока. Подобные карты для данной территории уже составлялись Р.К. Клиге в 1965 г. [4] и К.Г. Тихоцким в 1968 г. [12, 13]. За прошедшее время с момента составления этих карт значительно удлинились ряды наблюдений, а также происходящее изменение климата наложило свой отпечаток на формирование стока рек [10, 11]. В этой связи весьма актуаль-
ным становится построение современной карты модуля стока для территории Забайкальского края.
Целью работы является построение современной карты распределения модуля годового стока рек. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
1) привести все ряды данных к многолетнему периоду;
2) разбить территорию края на гидрологические районы;
3) выявить зависимости модуля годового стока рек от высоты водосбора;
4) построить изолинии модуля стока
рек.
Исходными материалами для работы послужили многолетние данные о среднем годовом стоке рек за период 1980-2012 гг., морфометрические характеристики водосборов рек (площадь, средняя высота водосбора) по 95 гидрологическим постам Забайкальского края.
В ходе исследования использовался географо-гидрологический метод В.Г Глуш-кова при районировании территории региона, методы математической статистики для приведения ряда наблюдений к многолетнему периоду. Построение карт с границами районов и изолиниями модуля стока производилось в программе ArcGIS.
Для учёта стока в разных природных и географических условиях территория края по географо-гидрологическому методу В.Г.
Глушкова [3] поделена на гидрологические рологических районов проведены по водо-районы (рис. 1). В основном границы гид- разделам.
Рис. 1. Гидрологические районы Забайкальского края:
1-й район расположен в западной части края и объединяет бассейны верхнего и среднего течения рек Хилок, Чикой и Ин-года. Горный рельеф этого района характеризуется наличием протяженных вдоль речных долин хребтов Яблоновый, Черского, Малханский, Цаган-Хуртэй, Чикоконс-кий. Помимо хребтов в этом районе расположены три крупных межгорных впадины: Читино- Ингодинская, Хилокско-Беклими-шевская и Чикойская. Поэтому абсолютные высоты этого района изменяются от 629 м у с. Атамановка до 2519 м — голец Барун-Шабартуй в Чикоконском хребте [1, 6]. Средняя высота водосборов имеет значения в пределах 992...1620 м. Район входит в горнотаежную зону, представленную лиственнично-кедровыми, сосновыми
и лиственнично-сосновыми травяно-кус-тарниковыми лесами [ 1 ]. Водосборы рек этого района относятся к Байкальскому и Амурскому бассейнам. Сеть наблюдательных постов весьма разрежена.
2-й район охватывает левобережную часть бассейна р. Онон и правобережье нижнего течения р. Ингода. Притоки этих рек несут свои воды с таких хребтов, как Хэнтэй, Могойтуйский, Даурский, Онон-Бальджинский. Кроме того, рельеф здесь
/~1 о о
представлен Среднеононской впадиной и Агинским межгорным понижением. Предел высот 517...2497 м [6]. Широтная зона здесь лесостепная, представленная сосно-во-лиственничными, берёзовыми лесами в сочетании с ковыльными и типчаковыми степями [1]. Реки района входят в бассейн
р. Амур. Юго-восточные части Могойтуйс-кого и Агинского районов практически не имеют стока.
3-й район занимает северную и северовосточную территории края и имеет самую большую площадь. Он включает бассейны рек Чара, Калар, Калакан, Олёкма, Ама-зар, формирующих свою речную сеть на двух крупных морфоструктурах данного района — Становое нагорье и Олёкминс-кий Становик. Преобладающими формами рельефа являются хребты Удокан, Ко дар, Каларский, Калаканский, Тунгирский, Амазарский, а также Верхнечарская котловина, Калаканская и Ненюгинско-Тунгир-ская впадины. На территории этого района находятся самая высокая (пик БАМ в хребте Кодар) абсолютная отметка 3072,6 м и самая низкая (в долине Амура) абсолютная отметка 292 м. Средняя высота водосборов составляет 743...1470 м. Район покрыт растительностью лесной зоны, преимущественно лиственничными высокогорными лесами [1]. Водотоки 3-го района относятся к двум большим бассейнам — Ленскому и Амурскому. Гидрологическая сеть очень разрежена.
4-й район включает бассейны рек Чита, Каренга, Юмурчен, Нерча, Куэнга, а также левобережные притоки нижнего течения р. Ингода. Вдоль долин рек Чита и Каренга тянутся хребты Яблоновый и Черского, в юго-восточной части района располагаются Алеурский и Нерчинско-Ку-энгинский хребты. По высоте они уступают хребтам из 1-3 районов. Вдоль реки Нерча расположено Нерчинское межгорное понижение. Интервал высот меняется по району от 430 до 1906 м. Растительность лиственничная с подлеском из рододендрона [1 , 6]. Сток из этого района осуществляется в бассейны рек Лена и Амур. Сеть наблюдательных постов относительно других районов здесь насыщенней, но распределена по территории неравномерно.
5-й район расположен в юго-восточной части края, включает водосборы рек Борзя, Турга, Урулюнгуй, верховье р. Га-зимур. Имеющиеся здесь отроги хребтов (Нерчинский, Кличкинский и Аргунский)
характеризуются абсолютными отметками до 1400 м. Средние высоты водосборов здесь небольшие, в пределах 773...965 м [6]. Растительность степная: ковыльные, ковыльно-волоснецовые степи, кустар-нико-степные сообщества [1]. Сток этой территории принадлежит бассейну Амура и бессточной области Торейских озёр. Гидрографическая сеть представлена небольшим количеством мелких водотоков, соответственно пунктов наблюдения за стоком очень мало.
6-й район занимает территорию, включающую притоки правобережья нижнего течения р. Онон и нижнего течения р. Шилка, левобережные притоки нижнего течения р. Аргунь. Он характеризуется средней высотой водосборов 773.988 м. По долинам крупных и средних рек тянутся хребты Боршовочный, Газимурский, Онон-ский, Кукульбей, Урюмканский. Абсолютные отметки 321.1495 м. Растительность лесная и лесостепная [1]. Формирующийся здесь сток относится к бассейну Амура.
В пределах каждого района проанализированы данные наблюдений за годовым стоком рек на гидрологических постах. Длина ряда наблюдений принята 33 года. В этот период вошли многоводная и маловодная фазы цикла. Короткие ряды наблюдений методом гидрологической аналогии были приведены к длинному периоду путём восстановления средних годовых величин стока.
Преимущественно горный характер рельефа всех гидрологических районов определяет расчет пространственного распределения стока на основе учёта зависимости модуля стока (М, л/с*км2) от высоты водосбора ^^ м) [5].
В связи с тем, что крупные водосборы включают в себя более мелкие и вносят тем самым большие погрешности в получаемые расчетные значения стока в нижнем течении крупных водотоков, данные об их стоке были исключены из дальнейшего анализа. Построение зависимостей выполнялось по данным 84 створов.
В результате построения графиков связи М = / (И ) для всех гидрологических
районов Забайкальского края получены за- рованы степенной функцией. Кривые зави-висимости среднего годового модуля стока симостей модуля стока от высоты водосбора рек от средней высоты их водосборов (табл. представлены на рис. 2. 1). Полученные зависимости аппроксими-
Таблица 1
Уравнения зависимости М =/(Н) и оценка их точности
Гидрологический район Уравнение зависимости Кол-во точек Коэффициент корреляции Значения статистики Стьюдента
эмпирические табличные при а = 0,05
1 М = 3,0 ■ 10-12 ■ Н 395 ' ср 14 0,82 4,96 1,77
2 М = 2,0 ■ 10-9 ■ Н 30197 ' ср 15 0,85 5,81 1,76
3 М = 5,2 ■ 10-3 ■ Н 10722 ср 18 0,82 5,73 1,74
4 М = 4,0 ■ 10-13 ■ Н 43194 ср 21 0,84 6,74 1,73
5 М = 7,0 ■ 10-21 ■ Н 68452 ср 6 0,97 7,98 2,02
6 М = 5,0 ■ 10-10 ■ Н 33196 ср 10 0,83 4,21 1,83
.и, .тс* км'
Рис. 2. Графики зависимости модуля стока от высоты водосбора: 1...6 - номера гидрологических районов
Надежность полученных уравнений оценивалась с помощью коэффициента корреляции. Анализ показал, что коэффициенты корреляции статистически достоверны, т.к. эмпирические величины статистики Стьюдента во всех случаях превышают их табличные значения при 5 %-м уровне значимости. Это дает основание считать установленные зависимости достаточно надежными.
Зависимости М = / (Н ) довольно хо-
ср.
рошо отражают закономерности изменения стока с высотой местности для выделенных гидрологических районов Забайкальского края. Вместе с тем, существенное различие ландшафтов обусловливают значительное отличие стока рек, бассейны которых расположены в одной высотной зоне, но в разных районах [8] (табл. 2).
Таблица 2
Характеристики гидрологических районов
Номер района Модуль стока, л/с-км2 Средняя высота водосбора, м Площадь водосбора, км2
1 1,32...10,1 992.1620 106.25 600
2 0,42.9,09 761.1576 36,3.46 337
3 4,93.14,1 743.1470 77,6.37 521
4 0,33.5,04 656.1090 12,0...27 533
5 0,40.1,49 773.965 479.4 015
6 1,47.4,38 773.988 297.7 795
Карта распределения стока составлялась посредством программного обеспечения ArcGIS. На первом этапе, используя встроенные модули Data Management Tools и Spatial Analyst Tools, на основе цифровой модели рельефа SRTM создавались изолинии высот — изогипсы. На втором этапе для каждого выделенного района по соответствующим этим районам кривым зависимостей М = f (Н ) составлялись карты распределения модуля стока. В пределах выделенных районов изолинии стока проведены по генерализованным направлениям соответствующих изогипс [8]. На третьем этапе, применяя графическую интерпо-
ляцию, выполнено соединение изолиний стока разных гидрологических районов. При этом учитывалась величина изменения высотного градиента [5]. В результате получена современная карта распределения среднего годового модуля стока рек Забайкальского края (рис. 3).
На карте показаны изолинии 0,1...22 л/с км2. Большие значения модуля стока (18.22 л/скм2) отмечаются для верховий рек, стекающих с хребтов Кодар и Чико-конский. Самый маленький сток (0,1.0,5 л/скм2) характерен для 5-го гидрологического района, расположенного на юго-востоке Забайкальского края.
Рис. 3. Распределение среднего годового модуля стока рек Забайкальского края
Выводы
1. По условиям формирования стока на территории Забайкальского края выделяется шесть гидрологических районов.
2. Преимущественно горный характер рельефа региона определяет необходимость использования для выявления пространственного распределения стока зависимостей его величин от высоты водосбора.
3. Существенное различие ландшафтов обусловливает значительное отличие
стока рек в различных районах Забайкаль-
Л о о
ского края. Средний годовой модуль стока рек изменяется по территории от 0,1...0,5 л/скм2 в юго-восточных преимущественно степных районах до 18.22 л/скм2 в горных хребтах Кодар и Чикоконский.
4. Полученная карта распределения среднего годового модуля стока рек может использоваться для подсчёта стока слабо-изученных в гидрологическом отношении районов края.
Литература_
1. Атлас Забайкальского края. Чита, 2010.
48 с.
2. Вершинина И.П. Характеристика годового стока рек Кузбасса / / Вестник Томского государственного университета. 2008. № 316. С. 201-205.
3. Глушков В.Г. Географо-гидрологический метод / / Вопросы теории и методы гидрологических исследований. М.: Изд-во Академии наук СССР. 1961. С. 70-75.
4. Клиге Р.К. Зависимости среднего многолетнего стока от средней высоты водосбора в Забайкалье // Вопросы гидрологии. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1965. С. 20-28.
5. Комлев А.М. Закономерности формирования и методы расчётов речного стока. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2002. 157 с.
6. Кулаков В.С. Рельеф // Энциклопедия Забайкалья. Новосибирск: Наука, 2000. Т. 1. С. 3739.
7. Лобанов С.А., Ушаков М.В. Ресурсы речных вод Магаданской области и их многолетняя изменчивость // География и природные ресурсы. 2008. № 3. С. 86-89.
8. Мельникова Т.Н. Норма годового стока рек Северо-Западного Кавказа и особенности ее территориального распределения // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. 4: естественно-математические и технические науки. 2010. № 2. С. 116-121.
9. Обязов В.А. Гидрография // Энциклопедия Забайкалья. Новосибирск: Наука, 2000. Т. 1. С. 4143.
10. Обязов В.А. Изменения климата в междуречье Аргуни и Онона в контексте глобального потепления // Вестник Забайкальского государственного университета. 2011. № 7. С. 78-85.
11. Обязов В.А. Тенденции многолетних изменений речного стока в Забайкалье в многоводные и маловодные периоды // Доклады академии наук. 2013. Т. 450. № 6. С. 713-716.
12. Тихоцкий К.Г. Методы картографирования пространственного распределения среднего стока // Известия Забайкальского филиала Географического общества СССР. 1968. Т. 4. № 2. С. 82-88.
13. Тихоцкий К.Г. Распределение среднего стока на территории Забайкалья // Геоморфологические и гидрологические исследования. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1968. С. 140-161.
_References
1. Atlas Zabaykalskogo kraya (Atlas of Transbaikal region). Chita. 2010. 48 p.
2. Vershinina I.P. Vestnik Tomskogo gosudarst-vennogo universiteta (Tomsk State University Journal), 2008, no. 316. P. 201-205.
3. Glushkov V.G. Voprosy teorii i metody gidro-logicheskih issledovaniy (Problems in the theory and methods of hydrological studies). Moscow: Publishing house Academy of Sciences of the USSR. 1961. P. 70-75.
4. Klige R.K. Voprosy gidrologii (Questions of hydrology). Moscow: Publishing house Moscow University. 1965. P. 20-28.
5. Komlev A.M. Zakonomernosti formirovaniya i metody raschyotov rechnogo stoka [Regularities of formation and methods of calculations stream flow]. Perm: Publishing house Perm University, 2002. 157 p.
6. Kulakov V.S. Entsiklopediya Zabaikaliya [Encyclopedia of Transbaikalie]. Novosibirsk: Nauka, 2000. Vol. 1. P. 37-39.
7. Lobanov S.A., Ushakov M.V. Geografiya i prirodnye resursy (Geography and natural resources), 2008, no. 3. P. 86-89.
8. Melnikova T.N. Vestnik Adygeyskogo gosu-darstvennogo universiteta (Adygey State University Journal). Series 4: natural-mathematical and technical sciences, 2010, no. 2. P. 116-121.
9. Obyazov V.A. Entsiklopediya Zabaikaliya [Encyclopedia of Transbaikalie]. Novosibirsk: Nauka, 2000. Vol. 1. P. 41-43.
10. Obyazov V.A. Vest. Zab. Gos. Univ. (Bulletin of Transbaikal State University), 2011, no. 7. P. 78-85.
11. Obyazov V.A. Doklady akademii nauk (Doklady Earth Sciences), 2013. Vol. 450, no. 6. P. 713-716.
12. Tikhotsky K.G. Izvestiya Zabaikalskogo filiala Geograficheskogo obshhestva SSSR (News of Transbaikal branch of the Geographical society USSR), 1968. Vol. 4, no. 2. P. 82-88.
13. Tikhotsky K.G. Geomorfologicheskie igidro-logicheskie issledovaniya [Geomorphological and hydrological studies]. Moscow: Publishing house Moscow University, 1968. P. 140-161.
Коротко об авторах_
Нагаева Е.В., инженер лаборатории региональной климатологии, аспирант, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: гидрология, оценка потенциала малой гидроэнергетики Забайкальского края
Обязов В.А., канд. геогр. наук, доцент, зам. директора, зав. лабораторией региональной климатологии, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: изменения климата, гидрологический режим водных объектов
Курганович К.А., канд. техн. наук, доцент, научный сотрудник лаборатории региональной климатологии, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН, г. Чита, Россия
Научные интересы: моделирование гидрологических процессов, дистанционное зондирование Земли
_Briefly about the authors
E. Nagaeva, engineer, laboratory of Regional Climatology, postgraduate, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of Syberian Branch RAS, Chita, Russia
Scientific interests: hydrology, evaluation of small hydropower engineering potential of the Transbaikal Region
V. Obyazov, candidate of geographical sciences, associate professor, deputy director, head of the laboratory of Regional Climatology, INREC SB RAS, Chita, Russia
Scientific interests: climate changes, hydrological regime of water objects
K. Kurganovich, candidate of technical sciences, associate professor, research associate of the laboratory of Regional Climatology, INREC SB RAS, Chita, Russia
Scientific interests: modeling of hydrological processes, remote sensing of environment
