Введение 3
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ СОВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ
ВОДНОСТИ РЕК 8
1.1 Обзор исследований и методы оценки изменчивости 8
1.2 Анализ исходной информации по речному стоку реки Тихая Сосна 12
2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ,
ФОРМИРУЮЩИЕ ВОДНЫЙ СТОК РЕКИ ТИХАЯ СОСНА 13
2.1 Физико-географические условия 13
2.1.1 Географическое положение 13
2.1.2 Рельеф 13
2.1.3 Климат 15
2.1.4 Гидрография речного бассейна 16
2.1.5 Почвы 17
2.1.6 Растительность 19
2.2 Природные факторы формирования речного стока 21
2.3 Антропогенные факторы формирования речного стока 27
3 РЕЖИМ СТОКА РЕКИ ТИХАЯ СОСНА И ЕГО МНОГОЛЕТНЯЯ
ИЗМЕНЧИВОСТЬ 32
3.1 Средний суточный, месячный и годовой речной сток 32
3.2 Многолетний годовой сток и его временная изменчивость 34
3.3 Внутригодовое распределение речного стока и его современные черты 46
3.4 Минимальная водность и ее особенности в современный период 56
3.5 Риски водопользования, обусловленные изменчивостью водности реки
Тихая Сосна 62
Заключение 64
Список литературы 65
Приложение
Вода является одним из главных природных компонентов географической оболочки Земли и играет исключительно важную роль в жизни человека. Вода присутствует в сферах географической оболочки Земли : атмосфере, литосфере, биосфере и составляет смысл и содержание гидросферы.
На земной поверхности природные воды заключены в твердом, жидком и газообразном состоянии в океанах, морях, ледниках, снежниках, реках, озерах, болотах, водохранилищах, прудах. Из подземных водоносных горизонтов в виде минеральных и пресных источников вода выходит на дневную поверхность.
Вода находится в постоянном круговороте. Благодаря круговороту воды в природе наполняются и не иссякают поверхностные водные объекты. Реки - наземная многочисленная группа водных объектов. В них сосредоточено около 2000 км3 воды. Вследствие круговорота объем воды постоянно обновляется и поддерживается водный ресурс рек объемом 41 700 км3 материкового речного стока [34].
Река - элемент географического ландшафта. Поэтому режим реки формируется под влиянием всего комплекса природных факторов, главным из которых является климат. Кроме климата, к стокоформирующим факторам относятся рельеф, геологическое строение, почвы, растительность, гидрографическое строение русловой сети, а также факторы, определяющие движение воды по склонам бассейна и инфильтрацию воды в почвенные горизонты.
Под влиянием природных условий, а при освоенности речного водосбора хозяйственной деятельностью, и под воздействием антропогенного фактора, при сложной их совокупности происходит формирование речного стока в реках и его динамика.
По поверхности Земли стекают большие, средние и малые Больших рек немного. Главную долю в гидрографии составляют средние и малые реки.
Социально-экономическая значимость больших и малых водотоков различна. Чем больше река, тем больше ее речной сток, тем больше при надлежащем качестве воды ее значение для пользования. Но, как известно, больших рек нет без малых. Они поддерживают водность реки, сохраняют их от истощения. Наряду с большими реками средние и малые реки зачастую выполняют функции прямых или потенциальных приемников бытовых и промышленных стоков, являются своеобразным фильтром на пути их поступления в большие реки.
Вода в реках подвижна. Ее запасы, оцениваемые объемами стока за различные временные интервалы, меняются ежесуточно и в течение более длительного времени, месяца, года, многолетия. Представление о характере изменений речного стока дают графики: гидрографы суточного и годового хода или кривая многолетних изменений.
Научная и практическая значимость. Исследование годовой водности содержит, поскольку дает представление о водных ресурсах данного водного объекта и возможность проследить изменения характеристик водности (расходов воды, модуля, слоя стока, уровней воды) во времени, выявить наиболее выдающиеся по водности годы, определить амплитуду характеристик стока за многолетний период. Хронологические графики изменения гидрологических характеристик позволяют выявить годы с экстремальной водностью, что особенно ценно, как с научных позиций, так и с позиции гидроэкологической безопасности населения и надежности водообеспечения отраслей экономики. В связи с этим тема магистерской диссертации «Современная трансформация водности в бассейне Верхнего Дона и ее геоэкологические последствия (на примере реки Тихая Сосна)» является актуальной.
Проблема экологического состояния водных объектов уже долгое время является весьма актуальной для всей Российской Федерации. Фактически все реки, воды которых вовлечены в водохозяйственный механизм использования вод, испытывают антропогенную нагрузку и нуждаются в охране или даже реабилитации. Особенно уязвимо состояние малых и средних рек, которые составляют основу речных потоков России. К таким водным объектам относится река Тихая Сосна, правый приток Дона.
Поверхностные воды Реки Тихая Сосна используются в сельском хозяйстве для водоснабжения, орошения сельскохозяйственных земель, частичного водоснабжения населения для полива приусадебных участков, приема сточных вод, рекреации и для целей рыборазведения. Водосбор реки распахан на 60 %, что уже предполагает химическое загрязнение вод реки в процессе сельскохозяйственного использования. Для безопасного водоснабжения и поддержания естественного баланса составляющих в речной воде необходим оптимум объемов воды в реке надлежащего качества. Данные предпосылки определили тему, цель и задачи настоящего исследования.
Цель исследования: Выявить тенденции и динамику в среднегодовой, экстремально низкой и экстремально высокой водности, выполнить гидрологические расчеты внутригодового распределения стока и охарактеризовать хозяйственную деятельность в бассейне Дона на примере р. Тихая Сосна - г. Алексеевка.
Задачи: 1. Создать базу данных среднегодовых расходов воды, максимальных расходов воды весеннего половодья, абсолютных минимумов летне-осенней и зимней межени и дат их наступления и по ним составить для исследования непрерывные ряды информации.
2. Провести анализ исходной информации на предмет полноты и достоверности данных.
3. Выполнить статистический анализ и расчеты статистик годового стока
4. Построить графики многолетних колебаний годовых расходов воды и оценить размах вариаций.
5. Выполнить расчеты внутригодового распределения стока по принятой методике.
6. Оформить табличные расчеты наступления экстремумов водности по периодам в процентах от общей протяженности выборки.
5. Выполнить графические построения «Дат наступления экстремумов водности по годам и периодам».
6. Представить анализ результатов с позиций выявления динамики и тенденций в рядах водности.
7. Дать представление об экологических рисках водопользования в связи с современным состоянием реки Тихая Сосна.
Объект исследования: р. Тихая Сосна - г. Алексеевка
Предмет исследования: Динамика среднегодовой и экстремальной водности р. Тихая Сосна - г. Алексеевка за период мониторинга и оценка рисков водопользования.
Научная новизна. На примере реки Тихая Сосна - г. Алексеевка выполнен комплекс гидрологических расчетов по оценке водных ресурсов за отдельные годы и многолетний период (норма); рассмотрены многолетняя динамика годовых расходов воды, внутригодовая вариация и распределение по сезонам; выявлены годы наибольшей и наименьшей водности и даты наступления экстремумов водности половодья и межени.
Научная и практическая значимость. Исследование годовой водности дает представление о водных ресурсах данного водного объекта и возможность оценить изменения характеристик водности (расходов воды, модуля, слоя стока, уровней воды) во времени, выявить наиболее выдающиеся по водности годы, определить амплитуду характеристик стока за многолетний период. Хронологические графики изменения гидрологических характеристик позволяют выявить годы с экстремальной водностью, что особенно ценно, как с научных позиций, так и с позиции гидроэкологической безопасности населения и надежности водообеспечения отраслей экономики.
Таким образом тема магистерской диссертации «Современная трансформация водности в бассейне Верхнего Дона и ее геоэкологические последствия (на примере реки Тихая Сосна)» является актуальной.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Начало водохозяйственного года в текущем столетии устойчиво смещается на февраль месяц, что следует учитывать в схеме водохозяйственных расчетов и внутригодового распределения стока.
2. Средняя многолетняя величина годового стока (норма) не меняется,
несмотря на маловодье 2007-2015 гг., следовательно происходит
перераспределения стока по сезонам года.
3. В связи с тем, что наблюдается сокращение объема стока половодья и увеличение стока межени, то требуется пересмотра приоритетности источников питания реки Тихая Сосна.
Личный вклад автора заключается в самостоятельной реализации темы диссертации, выбранной совместно с научным руководителем, в постановке целей и задач исследования; в статистической и графической обработке материалов исследования, в совместной с научным руководителем интерпретации результатов расчета и анализе.
Апробация работы и публикации. Материалы исследования частично докладывались на научной сессии факультета географии, геоэкологии и туризма, обобщены и представлены в научной статье (в соавторстве с научным руководителем) в Сборнике научных работ (2020 г.)
Среднее многолетнее значение расходов воды р. Тихая Сосна- г. Алексеевка, принимаемое за водные ресурсы, равно 6,00 м3/с. В годовых расходах выраженной тенденции изменения не наблюдается, что говорит о неизменности водных ресурсов в современный период.
Анализ внутригодового распределения стока свидетельствует о значительном перераспределении стока внутри года по сезонам. Отмечается значимый рост зимнего стока. Особые климатические условия сезона зимы создают благоприятный фон ля повышения речного стока. При этом минимум водности (экстремальная водность) в 1947-1970 гг. наступал в декабре, в 1971¬2000 годы переместился на январь, в период с 2001 по 2018 гг. снова в декабре и январе в одинаковом числе случаев.
Рассматривая формирование низких минимумов летне-осенней межени, в период наблюдений с 1947 по 1970 гг., усматриваем более высокую вероятность наступления в августе, с 1971 по 2000 гг., - в июне, а в период 2001-2018 гг. - октябрь-ноябрь.
Самая поздняя дата наступления зимней межени зарегистрирована 27 февраля 2015 г., а самая ранняя дата 1 декабря 2013 г.
Самая поздняя дата наступления летне-осенней межени (открытого русла) зарегистрирована 30 сентября 1949 г., а самая ранняя - 3 июня 1973 г.
В связи с этим, можно прийти к выводу, что даты наступления зимней межени сдвигаются, потому что сдвигаются сроки половодий, а даты наступления летне-осенней межени (открытого русла) сдвигаются в связи с истощением водных ресурсов.
Смещение сроков наступления минимумов стока летне-осенней межени в современный климатический период на более поздние даты снижает геоэкологические риски водопользования в период наибольшего расходования воды из реки и способствует более устойчивому водоснабжению.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
