Водохранилища
Наиболее сильное влияние на речной сток оказывают водохранилища. Степень этого влияния на различные характеристики стока находится в зависимости от регулирующей способности водохранилища (месячное, сезонное, многолетнее), что определяется его рабочим объёмом. Водохранилища задерживают сток и увеличивают испарение, особенно в зоне недостаточного увлажнения. Из них забирается вода на орошение и водоснабжение. Часть стока расходуется на заполнение ложа водохранилищ. Она тем больше, чем крупнее водохранилище.
Сооружение водохранилищ может повлечь за собой уменьшение общих ресурсов пресной воды за счет дополнительных потерь на испарение, величина которых в отдельных районах составляет немалую долю в общем объеме безвозвратного водопотребления. Суммарные безвозвратные потери воды в бассейне реки за счет сооружения и эксплуатации водохранилищ складываются на изменении величин испарения с зон затопления и подтопления, а также с участков пойм и дельты в нижнем бьефе, обусловленных изменением их заливаемости.
С точки зрения влияния водохранилищ на суммарный сток реки в нижележащих створах важно оценить не только дополнительные потери на испарение, но и затраты воды на заполнение мертвого объема водохранилищ и пополнение подземных вод, которые представляют собой временные потери, действующие в период с момента заполнения водохранилища до наступления установившегося режима подземных вод (если отсутствует постоянный подземный отток воды из водохранилища за пределы водосбора).
Водохранилища существенно преобразуют или даже полностью изменяют гидрологический режим рек. Водный режим рек по сезонам года выравнивается, резко меняется сток наносов, температурный и ледовый режим ниже водохранилища. Происходит перераспределение стока по длине реки.
Наибольшее влияние водохранилища оказывают на максимальный сток малых рек, а также некоторых больших. На малых реках в засушливые годы весь сток может аккумулироваться в водохранилище. На больших реках создаются очень крупные водохранилища, требующие много воды на их заполнение и испарение с поверхности воды и прилегающих территорий.
Большое влияние на максимальный сток малых рек, особенно в засушливой зоне, оказывает строительство большого количества прудов, которые могут либо выравнивать сток по сезонам года, либо аккумулировать его, вплоть до полного прекращения стока в реке [6].
Орошение
Наибольшее количество потребляемой воды в Тюменской области расходуется на орошение - до 70-80% общего количества воды, забираемой из рек и водохранилищ. Забираемые для орошения объемы воды тратятся на испарение, транспирацию растительностью, фильтрацию в почву. При орошении большое количество воды уходит на пополнение запасов подземных вод. Часть воды возвращается обратно в реку через поверхностный и подземный сток. Возвратные воды могут составлять значительную часть от забираемых (30-40% и более). При этом, чем хуже соблюдаются нормы орошения, тем больше потери забираемых вод. Хотя количество возвратных вод может и увеличиваться, но их качество резко ухудшается.
Оценивая влияние орошения на максимальный речной сток, необходимо знать общий водозабор, продуктивное и непродуктивное испарение, количество возвратных вод, изменение уровня грунтовых вод. Последнее покажет величину инфильтрации.
Влияние орошения на речной сток существенно различно для малых рек, питающихся в основном поверхностным стоком, и крупных речных систем, дренирующих все категории подземных вод и имеющих замкнутый водный баланс. Не в меньшей степени оно зависит от местных физико-географических особенностей водосборов, а также от типов водообеспечения оросительных систем, т.е. каким образом и откуда поступает вода для орошения и куда сбрасываются возвратные воды.
Для крупных рек изменение стока после орошения (принимая неизменной величину осадков и пренебрегая дополнительными затратами воды на производство растительной массы) определяется изменением суммарного испарения в бассейне, которое состоит из испарения на орошаемых землях и непродуктивного испарения на прилегающих территориях. В зависимости от соотношения указанных значений испарения сток реки после орошения может уменьшиться, продолжительное время оставаться неизменным, а в отдельные периоды даже несколько увеличиться. Последние два варианта существуют на больших водосборах Тюменской области на которых одновременно с развитием орошения осуществляется осушение заболоченных земель, уничтожение влаголюбивой дикорастущей растительности, уменьшение разливов рек и сокращение продолжительности затопления пойменных участков в результате руслового регулирования, водозаборов и перевода части поверхностного стока в подземный [8].
Осушение
Осушение болот и заболоченных земель ведет к снижению уровня грунтовых вод вследствие увеличения дренирующей способности территории. Это же способствует быстрому сбросу в реки поверхностных вод. Изменение максимального стока в результате осушения зависит от типа болота и характера растительности на нем, площади осушения, степени осушения (дренирующая способность системы), вида хозяйственного использования осушенных территорий, степени регулирования стока на данной территории, а также от общей увлажненности региона (зона увлажнения) [6].
Вырубка леса
Вырубка лесов была исторически первым крупным проявлением деятельности человека, оказавшим влияние на сток рек. Главная причина возможного изменения максимального стока рек заключается в изменении суммарного испарения в результате вырубки или восстановления леса.
Испарение же зависит от характера подстилающей поверхности, в частности от потребления воды лесом, которое различается у лесов разного возраста и состава. В первое десятилетие после вырубки леса испарение резко снижается (на 20-35%), так как надпочвенная растительность, оставшаяся после вырубки спелого елового леса, не требует большого количества влаги. Снижение испарения может привести к переувлажнению почвы, повышению уровня грунтовых вод. В это время максимальный сток с лесосеки возрастает и превышает норму в 1,4 - 1,9 раза. Это, в свою очередь, приводит к усилению эрозии и увеличению стока наносов.
В последующие годы по мере восстановления древостоя испарение быстро увеличивается, а сток уменьшается и к началу третьего десятилетия после вырубки достигает нормы, характерной для взрослого леса до вырубки. В четвертом - седьмом десятилетиях после вырубки вырастает густой лиственный лес. Общее количество зеленой массы достигает максимума, потребление воды лесом также становится наибольшим. В этот период сток сокращается. И лишь после полного восстановления видового состава леса сток возвращается к норме. Этот период продолжается 110 - 130 лет. При этом наиболее сильные изменения претерпевает поверхностная составляющая стока.
Когда на лесосеке проводят искусственную посадку хвойного леса, восстановление и леса и стока происходит на 25-50 лет быстрее. Если же на месте лесосеки создают сельскохозяйственные угодья, то изменение величины стока будет зависеть от вида сельскохозяйственных культур и от того, больше или меньше воды потребляют они по сравнению с водопотреблением леса. Во многих случаях максимальный сток с сельхозугодий приблизительно такой же, как и с леса [9].
Распашка
Агролесомелиоративные мероприятия, проводимые особенно в больших масштабах в районах неустойчивого увлажнения, где площади распаханных земель достигают даже в бассейнах больших рек 60-70% всей площади водосборов, способствует задержанию воды на склонах, увеличению скважности и проницаемости почв и усилению инфильтрации талых и дождевых вод, в результате чего снижается значение поверхностного стока со склонов. Кроме того, с распаханных склонов, не защищенных травянистым покровом, может увеличиваться ветровой снос снега с балки и овраги, что также приводит к снижению склонового стока талых вод.
Оценка влияния агролесомелиоративных мероприятий на склоновый сток базируется главным образом на материалах экспериментальных исследований на стоковых площадках, логах, временных водотоках и небольших речных бассейнах и выводы, приводимые и обобщенные в многочисленных работах, единодушно свидетельствует о значительном (хотя и различном в количественном отношении) снижении средних значений поверхностного стока весеннего половодья с распаханных склонов или имеющих лесные полосы. Однако в отношении влияния на величину этого снижения таких факторов, как состав почвогрунтов, уклоны склонов или водность года существуют весьма различные точки зрения.
Повышенный поверхностный сток и смыв почвы с распаханных склонов при интенсивной водоотдаче делают необходимым проведение различного рода противоэрозионных мероприятий - вспашки по горизонталям, лункования, мульчирования, щелевания, бороздования, террасирования и другое, оценке влияния которых на поверхностный сток и водную эрозию посвящено большое количество исследований в нашей стране и за рубежом.
Сток дождевых паводков с распаханных водосборов в значительной степени зависит от интенсивности ливневых осадков, местных условий и характера агротехнических мероприятии и может как снижаться, так и увеличиваться по отношению к нераспаханному. По данным исследований американских ученых, распашка травянистых склонов приводит в повышению максимального стока; наиболее высокие максимальные расходы наблюдаются на реках, водосборы которых наиболее интенсивно используются для сельского хозяйства, чему способствует, кроме того, обвалование и спрямление русел рек [9].
Урбанизация
Влияние урбанизации территории на максимальный сток носит локальный характер, так как ограничено лишь застроенными городскими территориями. Но её значение возрастает с развитием городов, особенно при большом расширении их площади. В городах увеличивается коэффициент стока вследствие наличия больших площадей с водонепроницаемым покрытием (асфальтированные улицы и площади, крыши домов). Над городами наблюдается увеличение количества осадков за счет наличия дополнительных ядер конденсации (запыленность и задымленность воздуха). Одновременно отмечается повышение температуры воздуха, особенно в крупных городах, что влияет на процессы испарения и снеготаяния. Городское водоснабжение может осуществляться за счет вод, забираемых из соседних речных систем или из подземных водоносных горизонтов, не дренируемых данной рекой. Поэтому сброс таких вод ведет к увеличению максимального стока. Однако забор воды для нужд города выше его черты и последующий сброс уменьшает сток на размер потерь воды во время её потребления. Уже такая, неполная схема формирования стока в городской черте показывает сложности его расчета и оценки влияния урбанизации на сток рек. Можно отметить, что чем большая часть водосбора реки занята урбанизированной территорией, тем сильнее может быть искажен естественный речной сток.
Максимальный сток с урбанизированных территорий по сравнению с естественными условиями может быть больше на 5-15% за счет некоторого увеличения осадков в городах, более высоких коэффициентов стока и меньших потерь на инфильтрацию.
С практической точки зрения наиболее важным аспектом влияния урбанизации на водные ресурсы является изменение качества воды. В результате сбросов использованных вод в промышленности и коммунальном хозяйстве и ливневого стока в пределах городских территорий образуется загрязненная вода, обогащенная минеральными и органическими веществами, которая обычно сбрасывается в реки и озера, загрязняя их на большом протяжении.
Загрязнение водных объектов в районах, прилегающих к городским территориям, не может быть в полной мере ликвидировано при самой совершенной очистке и даже полном прекращении сбросов сточных вод, поскольку остаются такие источники загрязнений, как сток с городских территорий ливневых, талых и поливо-моечных вод.
В связи с интенсивным ростом городов комплексные исследования гидрологических аспектов урбанизации представляют одну из важнейших сторон проблемы преобразования водного режима и водного баланса под влиянием хозяйственной деятельности [8].
Заключение
Проанализировав физико-географические условия, которые формируют максимальный сток рек весеннего половодья на территории Тюменской области, то можно сделать выводы:
) В целом максимальный сток рек той или иной реки формируется под совместным воздействием геологического строения, характера рельефа, вечной мерзлоты, всего комплекса климатических факторов, густоты речной сети, подземных вод, хозяйственного использования.
) Вытянутость рассматриваемой территории в меридиональном направлении, от степи на юге до тундры на севере, и связанные с этим широтные изменения климатических факторов, растительности и заболоченности обусловили многообразие форм гидрографов половодья. Для каждой природной зоны свои значения максимального стока, объема и продолжительности весеннего половодья.
Список литературы
сток река гидрографический половодье
1. Атлас Тюменской области. Выпуск 1. Москва-Тюмень: Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, 1971.
2. Атлас Ханты-Мансийского автономного округа - Югры. Том 2. Ханты-Мансийск-Москва, 2004.
. Атлас Ямало-Ненецкого автономного округа. ФГУП «Омская картографическая фабрика», 2004.
. Бакулин В.В. Козин В.В. География Тюменской области. Екатеринбург: Средне-Уральское книжное издательство, 1996.-240 с.
. Владимиров А.М. Гидрологические расчеты. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 293 с.
. Водогрецкий В.Е. Антропогенное изменение стока малых рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 180 с.
. Евстигнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. - М.: Издательство МГУ, 1990. - 304 с.
. Калинин В.М., Ларин С.И., Романова И.М. Малые реки в условиях антропогенного воздействия. Тюмень: изд-во ТГУ, 1998. - 222 с.
. Комлев А.М. Опыт количественной оценки естественного дренирования речных бассейнов в зоне избыточного увлажнения Западно-Сибирской равнины. - СССР.: Гидрометеоиздат, 1969.
. Комлев А.М. Закономерности формирования и методы расчетов речного стока. - П.: Издательство Пермского университета, 2002-162 с.
. Раковская Э.М. Давыдова М.И. Физическая география России: Учеб. Для студ. пед. высш. учеб. заведений: В 2 ч. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.-Ч. 2.-304 с.