Влияние на речной сток хозяйственной деятельности на поверхности речных бассейнов

Вырубка и восстановление леса. Вырубка лесов была историчес­ки первым крупным проявлением деятельности человека, оказав­шим влияние на сток рек. Вопрос о гидрологической роли леса и последствиях вырубки леса остро обсуждается среди гидрологов очень давно, причем высказываются прямо противоположные взгля­ды. Причина противоречивых суждений о гидрологической роли леса и влияния на сток его вырубки состоит в том, что эта роль неоднозначна и зависит от возраста и состава леса, от глубины залегания грунтовых вод, а также величины речного бассейна.

Главная причина возможного изменения годового 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.

Д

40

0

время сток с лесосеки возрастает и превышает норму в 1,4— 1,9 раза. Особенно существенно возрастает поверхностный сток. Это, в свою очередь, приводит к усилению эрозии и увеличению стока наносов (это явление отмечено в период массового сведения лесов как в Европе, так и в Азии).

В последующие годы по мере естественного восстановления древостоя (в первую очередь начинают вырастать лиственные дере­вья) 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. В последующем происходит постепенная замена лиственного леса хвойным, которая сопровождается сокращением потребления воды лесом. Потери на испарение уменьшаются, а сток увеличивается, и через 110—130 лет после вырубки становится таким же, как и до нее.

Таким образом, по О. И. Крестовскому, в первые годы после вырубки сток увеличивается, затем уменьшается и лишь после полного восстановления видового состава леса возвращается к норме. 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 годовой сток с сельхозугодий приблизительно такой же, как и с леса.

Поскольку на больших речных бассейнах лес не бывает одно­родным по составу и возрасту (вследствие, например, разновремен­ности вырубок), суммарное влияние леса на годовой сток на боль­ших площадях нивелируется.

Уменьшение годового стока на залесенном водосборе наглядно иллюстрируют такие данные по двум речным бассейнам в Танза­нии. На залесенном водосборе, несмотря на большее количество осадков, сток оказался в два раза меньше, чем на водосборе, зна­чительная часть которого занята культурной растительностью. Это различие объясняется большей величиной транспирации на зале­сенном водосборе и потерями на испарение осадков, задерживае­мых кронами деревьев.

Вместе с тем имеются и противоположные данные: по П. Ф. Ид- зону, например, лес в лесной зоне часто увеличивает годовой сток, ^а уменьшение лесистости в XX в. снизило годовой сток рек Вятки, Верхней Волги, Днепра на 5—50 %. Существование разноречивых данных по столь важной проблеме требует продолжения исследо­ваний.

Меньше расхождений среди исследователей в оценке влияния леса на подземную составляющую стока и на питание рек в меженный период. Роль леса в этом безусловно положительная. По П. Ф. Ид- зону, например, подземное питание рек в пределах лесной зоны на 30—70, а сток в летне-осенний период на 20—50 % больше на за­лесенных водосборах, чем на малооблесенных. В этом проявляется водоохранная и регулирующая роль леса. Восстановление лесов увеличивает ресурсы пресных подземных вод и подземное питание рек.

Осушение болот и заболоченных земель. К настоящему времени считается доказанным, что болота благодаря особым водно-физи­ческим свойствам торфа активно поглощают воду, сильно ее испа­ряют и плохо отдают рекам. Поэтому сток рек с заболоченных водосборов, как правило, меньше, чем сток рек с рядом располо­женных незаболоченных водосборов (подробнее см. разд. 9.6). Не­посредственным последствием осушения болот становится увеличе­ние стока в результате уменьшения испарения, а также понижения уровня грунтовых вод и сработки вековых запасов вод в болотах. В последующем величина стока будет зависеть от вида сельскохо­зяйственных культур, произрастающих на месте осушенных болот. Общая водоносность рек в результате осушения болот изменяется мало, так как испарение с сельхозугодий близко по величине к ис­парению с болот. Внутригодовое распределение стока после осуше­ния болот становится более равномерным, так как возрастает ме­женный сток вследствие снижения испарения. Влияние осушения болот на сток возрастает с уменьшением величины водосбора и уве­личением засушливости климата. В южных районах осушение бо­лот и заболоченных территорий может существенно уменьшить потери на испарение и увеличить сток. Так, значительно сокра­тились величины испарения при осушении плавней в низовьях и дельтах Волги, Кубани, Амударьи.

Агротехнические мероприятия. К агротехническим и агромелио­ративным мероприятиям относятся зяблевая вспашка, распашка целинных и залежных земель, создание полезащитных лесных по­лос, мероприятия по снегозадержанию и т.д. Цель этих меропри­ятий — повышение урожайности сельскохозяйственных культур. В зоне недостаточного увлажнения это достигается, в частности, задержкой влаги на полях, уменьшением склонового стока, увели­чением доли воды, идущей на продуктивное испарение.

Гидрологические последствия таких мероприятий зависят от площади водосбора. На малых водосборах благодаря улучшению в результате распашки инфильтрационных свойств почв и задержа­нию воды на полях существенно сокращается поверхностный сток. Уменьшается и величина годового стока, причем степень этого уменьшения растет с севера на юг, достигая 5—10 в лесостепной, 20—50 % в степной зоне. С увеличением размеров речного бассейна влияние агротехнических мероприятий на сток быстро падает. Объясняется это тем, что на больших бассейнах менее заметное влияние на сток оказывает перераспределение поверхностного и под­земного стока. Влага, удержанная на полях и перешедшая в подзем­ный сток, возвращается в русла больших рек в виде увеличиваю­щегося подземного питания.

Суммарное влияние агротехнических мероприятий на больших территориях проявляется в сокращении стока половодья, некото­ром увеличении меженного стока и, как правило, небольшом умень­шении годового стока. Последнее — следствие не столько самих агротехнических мероприятий, сколько более продуктивного ис­пользования вод на сельскохозяйственных угодьях.

Урбанизация. Непосредственное влияние городских территорий на сток (без учета водопотребления на промышленные и комму­нальные нужды) связано с изменением составляющих водного ба­ланса. Над крупным городом благодаря увеличению запыленности атмосферы и повышенной «шероховатости» подстилающей повер­хности атмосферные осадки возрастают приблизительно на 10 % по сравнению с осадками в естественных условиях. Радикальное изме­нение характера поверхности (увеличение площадей крыш и терри­торий, покрытых асфальтом) приводит к резкому сокращению инфильтрации, ускорению стекания талых и дождевых вод. В ре­зультате величина стока с городских территорий возрастает на 10— 15%, причем особенно заметно увеличиваются поверхностная со­ставляющая стока и в 2—3 раза — максимальные величины паво- дочного стока. Подземная составляющая стока заметно уменьшает­ся. Несмотря на такие большие изменения стока в пределах городских территорий, суммарное влияние урбанизации на сток рек невелико, что объясняется небольшой долей городских терри­торий в общей площади бассейна реки (не более 1—2 %). Значи­тельно существеннее отрицательное влияние урбанизации на каче­ство речных вод. Во многих городах мира ухудшение качества воды протекающих здесь рек превращается в серьезную проблему.