Влияние хозяйственной деятельности на речной сток
На трансформацию речного стока влияют многие виды хозяйственной деятельности. В основном это влияние проявляется в уменьшении объема стока и ухудшении качества воды, но в ряде случаев это приводит к увеличению стока. Наибольший вклад в снижение стока вносят забор воды на орошение (35-40%), аккумуляция вод водохранилищами (25-30%), промышленное и коммунальное водоснабжение (13%), потери с водохранилищ (12%). Рассмотрим основные факторы.
К наибольшим безвозвратным потерям воды приводит орошение. При различных типах орошения целенаправленно используется только 30-70% воды. Остальное идет на непродуктивное испарение (с поверхности каналов, прудов и подтопленных почв) и инфильтрацию. Поэтому очень важно технологически оптимизировать оросительную сеть и своевременно вводить в строй коллекторно-дренажную сеть, для отвода с полей избыточных возвратных вод (нередко имеющих повышенную минерализацию и загрязненных пестицидами, удобрениями). В противном случае может произойти повышение уровня грунтовых вод, заболачивание и засоление земель.
Сооружение водохранилищ также приводит к сокращению годового стока рек, поскольку единовременно изымаются значительные объемы речных вод (около 6 тыс. км3), а с водной поверхности всегда испаряется больше воды, чем с почвы. Степень сокращения стока рек вследствие потерь на испарение с поверхности водохранилищ зависит от климатических условий и составляет по А.А.Соколову, до 1% на севере европейской части России, 1-3% в Сибири, 10-30% на юге России и до 70-80% в Средней Азии. Общее уменьшение стока реки в результате сооружения водохранилища может быть оценено с помощью уравнения:
W = (Z в _- Z с)*(F вдхр – F р)*10-6,
где W - величина уменьшения объема годового стока (потери), км3; Z в _и Z с - годовое испарение с водной поверхности и с суши, мм; F вдхр и F р - площади водохранилища и реки (на месте водохранилища, до его создания), км3.
Уменьшение скорости водообмена на суше за счет сооружения водохранилищ (приблизительно в 5 раз) является отражением снижения скорости течения в речных системах и ведет к уменьшению стока наносов; увеличению времени контакта речных вод с дном и берегами; накоплению солей и биогенных веществ; уменьшению способности рек к самоочищению и снижению количества и качества воды. К положительным сторонам создания водохранилищ относится сезонное регулирование стока, когда воды паводков и половодья аккумулируются в водохранилище, а в межень – сбрасываются в нижний бьеф гидроузла. В результате трансформации паводков водохранилищами сток реки в течение года ниже плотины становится более равномерным.
Неоднозначно влияние на сток рек вырубки и восстановления лесов в различных климатических зонах. Главная причина в изменении суммарного испарения. За счет его уменьшения после вырубки лесов возможно повышение уровня грунтовых вод, заболачивание. В это время сток с лесосеки, особенно поверхностный, увеличивается в 1,5-2 раза, что приводит к резкому усилению эрозионной деятельности водотоков. По мере восстановления древостоя, транспирация увеличивается и сток снижается, достигая нормы через 100-130 лет при естественном восстановлении хвойных пород или через 30-50 лет при искусственном.
Меньше расхождение специалистов в оценке влияния лесов на подземную составляющую стока и его внутригодовое распределение. Подземное питание рек в пределах лесной зоны на 30-70%, а сток в летне-осенний (меженный) период на 20-50% больше, чем на необлесенных территориях. В этом проявляется водоохранная и регулирующая роль лесов. Их восстановление увеличивает ресурсы грунтовых вод и подземное питание рек.
Неоднозначно влияние на формирование стока рек и агротехнических и агромелиоративных мероприятий по снегозадержанию, уменьшению склонового стока (лесополосы, зяблевая вспашка и др.). В основном оно проявляется в сокращении стока половодья, некоторого увеличения меженного стока при небольшом уменьшении годового за счет более продуктивного использования сельхозрастениями.
Однозначно к повышению годового стока приводит осушение болот и заболоченных земель. Сток рек с заболоченных водосборов как правило меньше благодаря специфическим водно-физическим свойствам торфа, который активно поглощает воду, но сильно испаряет и плохо отдает рекам. Поэтому влияние осушения болот на сток рек растет с уменьшением величины водосбора и увеличением засушливости климата.
Увеличивает сток рек и урбанизация. В пределах крупных населенных пунктов, благодаря увеличению запыленности атмосферы и повышенной «шероховатости» поверхности атмосферные осадки возрастают на 10%. В результате сокращения инфильтрации на 10-15% увеличивается поверхностная составляющая и в 2-3 раза максимальные величины паводочного стока. Подземная составляющая стока снижается незначительно ввиду увеличения техногенного вклада.