Глава 2 эколого-гидрологические основы оптимизации природопользования в степной зоне 

Эколого-гидрологические исследования, проведенные ранее в рамках проекта РНФ, позволили сформулировать выводы о необходимости оптимизации степного природопользования в аспекте устойчивого и гарантированного водопотребления [135]. Одним из подходов к оценке стал анализ пространственных параметров антропогенной трансформации бассейна р. Урал в аспекте его внутри-бассейновой структуры. В ходе исследований было выявлено, что одним из основных факторов, определяющих современную структуру водопользования, является пространственно-временная изменчивость речного стока. С этой характерной особенностью степных водотоков связано возникновение чрезвычайных водно-экологических ситуаций, наблюдаемых преимущественно в сезоны весеннего половодья (многоводье) и межени (маловодье).

В продолжение эколого-гидрологических исследований в рамках проекта РНФ, нами предлагаются подходы, основанные на анализе одних из наиболее значимых элементов гидрологической сети степной зоны – малых рек и их бассейнов.

2.1 К актуализации разработки подходов интегральной оценки эколого-гидрологического состояния малых рек степной зоны (в пределах бассейна р. Урал)

Для устойчивого природопользования в степной зоне ключевое значение имеют количественные и качественные показатели водных ресурсов, которые существенно влияют на эколого-географическую специфику природных геосистем. Значительная доля водных ресурсов степной зоны формируется за счет поверхностных вод, представленных в первую очередь речными системами различного ранга. Исследуемая территория характеризуется довольно значительной плотностью речной сети – 2-4 км/км2, кроме южных и юго-восточных районов, где данный показатель не превышает 0,5 км/км2. Благодаря значительной расчлененности рельефа водосборных территорий, весомый вклад в формирование поверхностного стока вносят малые реки с площадью водосбора <2000 км2, протяженностью <200 км) [136].

Малые реки являются ключевыми компонентами степного ландшафта, выполняющими важные ландшафтно-экологические функции. В частности, функцию накопления и перераспределения влаги, в результате осуществления которой малые реки выступают в роли ключевого связующего звена в природных комплексах. В условиях степной зоны роль малых рек как геосистем, влияющих на природное разнообразие окружающих ландшафтов, особенно велика. Вариативность экотопических условий данных природных объектов отражается на пространственной и структурно-функциональной организации водосборных территорий. Исключительная важность малых рек для степных геосистем связана с формированием природных комплексов с повышенным ландшафтным и биологическим разнообразием.

Одним из первых этапов исследования стала подготовка схемы (рис. 2.1.1), которая позволяет оценить пространственное положение водосборов малых рек в структуре бассейна р. Урал. Дифференциация бассейнов малых рек по их порядку опосредованно позволяет сгруппировать отдельные части бассейна по степени их реального и потенциального влияния на параметры речного стока и качество воды непосредственно р. Урал. Водосборы малых рек располагаются относительно равномерно на большей части верхнего и среднего сегментов бассейна р. Урал. Практически исключительно транзитный характер нижнего течения р. Урал определяет отсутствие каких-либо значимых притоков. Исходя из подготовленной схемы, водосборы малых рек занимают совокупную площадь 92993 км2, что составляет около 39% от площади бассейна р. Урал. Наибольшие совокупные площади относятся к притокам II порядка (41570 км2), далее по нисходящей – I (27114 км2), III (22254 км2) и IV порядка (2055 км2).

Рисунок 2.1.1. Бассейны малых рек и их дифференциация по порядку водотоков (I-IV).

Остальная часть территории относится к участкам бассейна, отличающихся периодичностью речного стока и занимающим различные элементы речных долин. В этих частях бассейна наблюдается сезонный, преимущественно весенний сток в пределах элементов овражно-балочной сети, либо по поверхности водораздельных пространств и придолинных склонов. Таким образом, бассейны малых рек являются одной из элементарных единиц в бассейновой структуре крупных рек, что позволяет рассматривать их в качестве основы для проведения различных исследований.

В то же время, существует целый ряд эколого-гидрологических особенностей малых рек, обуславливающих их высокую чувствительность к изменениям условий окружающей среды на водосборных территориях, что связывают, прежде всего, с невысокой долей подземного питания (преимущественно дренируют только верхний маломощный водоносный горизонт четвертичных отложений) [137]. Незначительная роль подземного питания влияет на годовую и сезонную изменчивость водного режима рек степной зоны, что негативно отражается на эколого-гидрологическом состоянии водотоков в целом. Наряду с природными факторами изменчивости малых рек, существенное значение имеют антропогенные факторы, которые дестабилизирует функциональное состояние данных природных объектов.

В настоящее время большинство водосборов малых рек степной зоны подвергаются значительной трансформации в результате интенсивной хозяйственной деятельности, что, несомненно, приводит к серьезным изменениям эколого-гидрологических особенностей малых водотоков. Очевидно, что интенсивная хозяйственная деятельность обусловливает в первую очередь трансформацию гидрологического режима малых рек, в связи с этим важно учитывать характер воздействия – прямого (забор воды для орошения земель и аккумуляция стока прудами) и косвенного (агромелиоративные мероприятия и др.).

В условиях неустойчивого увлажнения в пределах степной зоны актуальным направлением хозяйственной деятельности является сооружение малых гидротехнических сооружений, аккумулирующих весенний сток. Несмотря на незначительные площадь водного зеркала и объем, пруды оказывают существенное влияние на сток малых рек. Трансформация речного стока связана с дополнительными потерями на испарение с поверхности прудов, величина которого возрастает по мере увеличения внутригодовой неравномерности стока [138]. В пределах бассейна р. Урал максимальные потери стока с поверхности прудов отмечаются на участке главной реки от г. Орск до г. Оренбург (6,6 тыс. м3) и в нижнем течении р. Сакмара (7,3 тыс. м3) [139] . В целом, объемы зарегулированного стока малых рек в пределах Оренбургской области колеблются от 2,1-2,4 % на рр. Губерля, Уртя-Буртя и др. до 10% на р. Донгуз и 26,4% на р. Буртя.

В качестве модельного гидрологического объекта для оценки влияния аккумуляции местного стока на эколого-гидрологическую специфику малых рек выбрана р. Черная – левый приток р. Урал (площадь – 953 км2, длина – 96 км). По характеру питания р. Черная относится к рекам казахстанского типа с резко выраженным пиком весеннего половодья, обеспечивающим до 90% годового стока. Минимальная часть стока формируется из осадков теплого периода и грунтового питания, причем роль последнего значительно снижена вследствие высокой распаханности водосборной территории и малой залесенности территории. В связи с незначительной долей подземного питания, гидрологический режим р. Черной характеризуется значительными колебаниями речного стока. Кроме того, сток р. Черной и ее притоков в значительной степени зарегулирован (41%). В пределах водосборной территории отмечается более 5 прудов с земляными плотинами на притоках, аккумулирующих весенний сток и крупное Черновское водохранилище, объёмом 52,7 млн. м3.

Согласно анализу рядов многолетних гидрологических наблюдений, начиная с середины 1980-х гг. наблюдается определенная трансформация гидрологического режима р. Черной. В первую очередь, это проявляется в перераспределении объемов стока в годовом разрезе, прежде всего в срезке пиков весеннего половодья и увеличении расходов естественной межени (рис. 2.1.2).

Рисунок 2.1.2. График многолетних расходов воды р. Черная (с. Краснохолм) (средний, период весеннего половодья, период летней межени). Ось Y1 – паводок, м3/с, ось Y2 – средний и межень, м3/с.

Еще одним существенным фактором трансформации речного стока малых рек является забор речной воды для орошения, которая используется для обеспечения оптимальных условий увлажнения сельскохозяйственных угодий. Так, на большей части водосборной площади бассейна р. Урал за вегетационный период (май-сентябрь) выпадает 125-195 мм осадков и распределение их крайне неравномерное. Испаряемость с поверхности водоемов за год составляет 750-900 мм, почвы – 250-350 мм. Гидротермический коэффициент изменяется от 0,8 на северо-западе до 0,5 на юго-востоке, указывая на засушливость вегетационного периода. В подобных условиях орошение сельскохозяйственных культур является наиболее эффективным средством развития растений, системы агроприемов смягчают влияние засухи, поливное земледелие обеспечивает получение высоких урожаев независимо от климатических условий. В засушливые годы с поливного гектара получают больше продукции, чем с богарного, в частности, кукурузы – в 10-15 раз, сеяных трав – в 5-10 раз, картофеля – в 7-12 раз.

Согласно данным Управления мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения, в пределах Оренбургской области за последние 30 лет в ряде районов произошло значительное сокращение площадей орошаемых земель (Гайский, Новоорский, Оренбургский и др.), а для других (Илекский, Домбаровский и др.) характерно постепенное восстановление площадей до уровня середины 1980-х гг. (рис. 2.1.3).

Рисунок 2.1.3. Динамика площади (га) орошаемых земель в бассейне р. Урал (в пределах Оренбургской области).

Сокращение площадей орошаемых сельхозугодий связано с техническим износом мелиоративных систем и плотин, а также с общим снижением сельскохозяйственного производства в регионе. Также необходимо отметить, что кроме прямого воздействия на гидрологический режим (сокращение объемов стока), поливное земледелие негативно сказывается на качественном состоянии мелиоративных земель, в первую очередь, активизируя процессы засоления и повышая уровень залегания грунтовых вод.

Примером косвенного воздействия на эколого-гидрологическое состояние малых рек являются агротехнические и агромелиоративные мероприятия (распашка целинных и залежных земель, зяблевая вспашка, мероприятия по снегозадержанию и др.), которые согласно многочисленным исследованиям способствуют увеличению скважности и проницаемости почв и усилению инфильтрации талых и дождевых вод, что приводит к снижению значений поверхностного стока со склонов водосборных территорий [140]. Несомненно, что из целого ряда агротехнических мероприятий, проводимых в бассейнах рек степной зоны, ведущая роль в снижении показателей стока принадлежит распашке земель. Отметим, что бассейн р. Урал характеризуется высокой степенью распаханности, особенно водосборные территории правобережных притоков, в т.ч. и малых рек (рр. Таналык, Худолаз, Губерля, Янгиз, Каргалка, Черная и др.) [141].

Кроме снижения показателей поверхностного стока, в результате агротехнических мероприятий в степной зоне происходит перераспределение твердого стока в русловые участки малых рек, проявляющееся, прежде всего в заилении русел. Основной причиной данного процесса является увеличение стока наносов в результате усиленной эрозии на склонах, которая значительно увеличивает поток наносов со склонов, особенно после начала освоения целины и увеличения площади пашни. В бассейнах малых рек степной зоны ежегодный вынос взвешенных веществ может достигать 50-80 т/га в год [142]. В частности, интенсивные процессы заиления русел малых рек характерны для Урало-Тобольского междуречья и левобережных притоков р. Урал (Черная, Донгуз, Бердянка), что связано с интенсивным массовым освоением, высокой распаханностью водосборов и незначительными уклонами рек (бассейны рек Ташла, Суундук, Бол. Кумак и др.). В горной части бассейна малые реки сохраняют естественное состояние, лишь местами отмечается их слабое заиление (левобережные притоки р. Бол. Ик).

Обобщая вышесказанное, следует отметить, что исследования эколого-гидрологической специфики малых рек степной зоны с учетом современной структуры природопользования относятся к числу актуальных научных направлений. Кроме того, разнонаправленность отраслевых интересов к малым рекам обусловливает необходимость широкого комплексного подхода к их использованию и исследованию [143]. Однако необходимо обратить внимание на определенную сложность в изучении и анализе ряда показателей исследуемых природных объектов, в первую очередь – гидрологических характеристик. Проблема объективной оценки осложняется отсутствием многолетних и регулярных гидрометеорологических наблюдений в пределах малых рек. Так, в бассейне р. Урал в настоящее время действуют около 20 гидропостов на реках местного стока (рр. Губерля, Зилаир, Малый и Большой Кизил, Черная и др.), что крайне недостаточно для проведения детальных эколого-гидрологических исследований. Кроме того, с учетом пространственных и структурно-функциональных особенностей природных комплексов малых рек, возникает определенная сложность при оценке роли отдельных факторов трансформации водосборных территорий. Также, при анализе трансформационных процессов важно учитывать пространственные особенности факторов, компенсирующих антропогенное воздействие – лес, сток, осадки [144].

В итоге, подбор критериев интегральной оценки оптимального функционирования речных геосистем должен учитывать в первую очередь особенности условий стокоформирования в степной зоне и специфику хозяйственного освоения данной территории. Именно взаимодействие данных факторов определяет гидрологическую функцию ландшафта, под которой подразумевается процесс водоотдачи с единицы площади (объем, модуль стока), а также формируемое им качество воды (химический состав) [145]. На основании вышесказанного, считаем, что основу комплексных исследований малых рек должен составлять ландшафтно-гидрологический подход, необходимость и целесообразность применения которого заключается во взаимообусловленности ландшафтной структуры водосбора (ее трансформации) и гидрологических процессов на этой территории [146]. Кроме того, на наш взгляд, одним из ключевых понятий при изучении эколого-гидрологической специфики малых рек является классическое представление о реках как о парагенетических геосистемах (ПГС) бассейнового типа – устойчивых геосистемных сопряжениях, сформированных и объединенных однонаправленными вещественно-энергетическими потоками [147]. Для ПГС бассейнового типа характерен особый тип увлажнения, почвообразования, высокая динамичность в функционировании и развитии, а также они являются важными транзитными и связующими элементами для прилегающих ландшафтов. В связи с этим положением, для оптимального функционирования малых рек и с учетом их структурно-динамической организации, крайне важно поддерживать оптимальные условия для сохранения устойчивых сопряженных связей между отдельными компонентами природных комплексов.

Соответственно, исходя из утверждения о том, что функциональное состояние малых рек является непосредственным отображением оптимальности гидрологических функций ландшафта, одним из первоочередных этапов интегральной оценки является ландшафтно-гидрологическое зонирование исследуемой территории по пространственным особенностям стокоформирования. За основу были взяты две ключевые схемы – зональной [148] и азональной [149] дифференциации природных условий стокоформирования. Группу количественных показателей составили – модуль стока, характеризующий процесс водоотдачи с единицы площади и средняя высота водосборной площади. Результатом проведенной пространственной классификации исследуемой территории стало выделение 16 ландшафтно-гидрологических округов, в пределах 2 равнинных провинций (Общесыртовско-Предуральской и Прикаспийской) и 2 горных областей (Южно-Уральской и Зауральско-Мугоджарской) (рис. 2.1.4, табл. 2.1.1).

В то же время, антропогенная деятельность в пределах водосборных территорий обуславливает сокращение гидрологического потенциала водосборных территорий и разрушает устойчивые межкомпонентные связи, что приводит, прежде всего, к трансформации качественных и количественных показателей речного стока.

Рисунок 2.1.4. Ландшафтно-гидрологическое зонирование водосборной территории р. Урал.

Следует также отметить, что оптимальные гидрологические функции ландшафта напрямую связано с понятием «устойчивости экосистем», в связи, с чем ландшафтно-гидрологические исследования являются актуальным направлением в ходе интегральной оценки речных экосистем в условиях степного природопользования.

Таблица 2.1.1 Ландшафтно-гидрологическое зонирование водосборной территории р. Урал

[135] Чибилёв А.А., Сивохип Ж.Т., Павлейчик В.М., Падалко Ю.А. Эколого-гидрологические ограничения и параметры природопользования в степных регионах России // Проблемы геоэкологии и степеведения. Т. IV. Оптимизация структуры земельного фонда и модернизация природопользования в степных регионах России. – Оренбург, 2015. – С.82-109.

[136] Водогрецкий В.Е. Антропогенные изменения стока малых рек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 175 с.

[137] Водогрецкий В.Е. Антропогенные изменения стока малых рек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 175 с.

[138] Шикломанов И.А. Антропогенные изменения водности рек. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 302 с.

[139] Проект схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Урал (российская часть) / Попов А.Н., Мерзликина Ю.Б., Злобина Г.С. [и др.]. – Екатеринбург: ФГУП РосНИИВХ, 2012.

[140] Нестеренко Ю.М. Водная компонента аридных зон: экологическое и хозяйственное значение. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 287 с.

[141] Сивохип Ж.Т. Эколого-гидрологическая специфика малых рек как показатель устойчивого природопользования в степной зоне // Вест. Оренб. гос. ун-та. – 2015. – № 10. – С. 355-358.

[142] Проект схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Урал (российская часть) / А.Н. Попов, Ю.Б. Мерзликина, Г.С. Злобина [и др.]. – Екатеринбург: ФГУП РосНИИВХ, 2012.

[143] Ткачёв Б.П., Булатов В.И. Малые реки: современное состояние и экологические проблемы: аналитический обзор. – Новосибирск, 2002. – 114 с.

[144] Ясинский С.В. Геоэкологический анализ антропогенных воздействий на водосборы малых рек // Изв. АН. Сер. Геогр. – 2000. – № 4. – С.74-82.

[145] Антипов А.Н., Федоров В.Н. Ландшафтно-гидрологическая организация территории. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 254 с.

[146] Гагаринова О.В., Ковальчук О.А. Оценка антропогенных воздействий на ландшафтно-гидрологические комплексы / География и природные ресурсы. – 2010. – № 3. – С. 151-156.

[147] Казаков Л.К. Ландшафтоведение с основами ландшафтного планирования. – М.: Изд. центр «Академия», 2007. – 336 с.

[148] Зоны и типы растительности России и сопредельных территорий. Карта масштаба 1:8 000 000 / отв. ред. Г.Н. Огуреева; Геогр. факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Бот. ин-т им. В.Л. Комарова. – М.,1999.

[149] Тектоническая карта Урала. Масштаб 1:1 000 000 / глав. ред. И.Д. Соболев; Мин-во геологии РСФСР, ПО «Уралгеология». – Свердловск, 1983.


Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!