Статья: Влияние изменения климата на внутригодовое распределение стока малых рек южной половины европейской территории России

¦до1976г *после1976г

Рис. 3. Изменение годового и внутригодового стока рек за различные периоды: а- максимальный сток, б- минимальный летний, в- минимальный зимний, г - годовой сток

Для объёма годового стока на исследуемых реках характерно относительное постоянство или незначительное увеличение, что свидетельствует о том, что перераспределение стока между фазами водного режима и соотношением поверхностного и подземного стоков не оказывает на него существенного влияния (рис. 3, д, 6).

Следует также отметить, что ещё одним важным фактором, который также может влиять на соотношение поверхностного и подземного стока, а соответственно на изменения минимального и максимального стока, являются изменения землепользования, и прежде всего площадей пашни. Согласно статистическим данным в целом за период 1980-2012 гг. на ЕТР произошло резкое сокращение площади пахотных земель, составившее в лесной зоне порядка 56%, в лесостепи - 28% и в степной зоне - 27,6% [20]. Более детальные данные получены для ряда речных бассейнов в южной части ЕТР, включая бассейны рек Свияги и Улемы, включённые в данный анализ (табл. 2). В бассейнах рек Меши, Ведуги и Самары за этот же период площади пашни сократились на 10%, 9% и 14% соответственно [21]. Следует отметить, что бассейн р. Ведуги находится непосредственно к северу от бассейна р. Девица, а бассейн р. Бузулук является частью бассейна р. Самары, что позволяет с известным приближением интерполировать результаты оценки изменений площади пашни на бассейны рек, включённых в анализ изменений водного режима.

Таким образом, что для большинства анализируемых рек общее сокращение площади пашни составило 6-14%, что могло в некоторой мере способствовать уменьшению доли поверхностного стока в период снеготаяния и росту меженных расходов в летнее время. Но, вероятно, на фоне влияния климатических изменений, смена в системе землепользования внесла незначительный вклад в выявленные изменения внутригодового перераспределения стока воды в бассейнах малых рек. В то же время значительное (27.4%) сокращение площади пашни в бассейне р. Свияги, безусловно, должно было привести к более выраженному по сравнению с другими бассейнами росту доли меженного стока в летний период, так как хорошо известно о существенно более низком значении коэффицианта поверхностного стока воды под лесом и на лугу по сравнению с пашней [10].

Однако, напротив, минимальный сток р. Свияги практически не изменился после 1976 г. (рис. 2, б) и даже несколько сократился, как и годовой. Отчасти данное сокращение обусловлено, видимо, общим снижением годового количества осадков.

Рис. 4. Минимальный сток за летне-осенний период (а), нормированное отклонение минимальных значений стока летне-осеннего периода (б) р. Девица / с. Девица

Тем не менее более значимый вклад, очевидно, внесли потери влаги на испарение как собственно снега, так и почвенной влаги в связи с высокой расчленённостью рельефа данного бассейна. В любом случае данный пример показывает, что изменения климата оказывали, прежде всего, значимое воздействие на изменение соотношения поверхностного и подземного стоков малых рек южной половины ЕТР в пользу последнего. Соответственно, существенное сокращение поверхностного стока в период снеготаяния должно было способствовать сокращению весеннего смыва с пашни.

Рис. 5. Сток за зимнюю межень (а), нормированное отклонение минимальных значений стока за зимнюю межень (б) р. Девица / с. Девица

Рис. 6. Годовой сток р. Девица / с. Девица

Изменения в структуре землепользования (%) в некоторых исследуемых бассейнах за период 1985-2015 гг. [21]

Табл. 2

Аналогичные результаты были получены при изучении современной динамики изменения стока весеннего половодья рек бассейнов Курской области [22]. Было установлено, что наблюдающееся в настоящее время уменьшение слоя стока за период половодья вызвано преимущественно климатическими факторами. При этом наибольшее значение коэффициента, характеризующего относительное изменение слоя стока, соотносится с общим повышением температурного фона и учащением оттепелей. В связи с этим слой стока рек сократился в среднем на 15-25%. Уменьшение слоя стока весеннего половодья, вызванное сокращением количества воды, поступающей в реки с междуречных пространств речных бассейнов, составило около 4-10%.

Независимым свидетельством сокращения стока и смыва с пахотных земель в последние 30 лет является изменение темпов аккумуляции наносов в днищах балок с полностью распахиваемых склонов междуречий, расположенных в различных частях южной половины ЕТР. Темпы аккумуляции определялись за два интервала времени (1963-1986 гг. и после 1986 г.) с использованием изотопа цезия-137 ( ³⁷Cs) в качестве хрономаркера [23]. В днищах балок, расположенных в бассейне р. Меши (юг лесной зоны Республика Татарстан), этот показатель сократился более чем в 4 раза [ 24], а в бассейне р. Ведуги (запад лесостепной зоны, Воронежская область) - практически в 2 раза [25, 26]. Подобное снижение однозначно связано с сокращением темпов смыва с пашни, так как именно материал, поступающий с распахиваемых склонов водосборов, является доминирующим источником наносов в бассейнах рек с высокой долей пахотных земель. Учитывая, что площади пашни на данных водосборах остаются неизменными в последние 60 лет и составляют более 85%, можно предположить, что основной причиной значительного сокращения темпов эрозионно-аккумулятивных процессов является, на наш взгляд, изменение гидрометеорологических условий в регионах. За последние более чем полвека здесь отмечается устойчивая тенденция повышения температуры атмосферного воздуха в зимний период, что привело, очевидно, к снижению глубин промерзания почвы и, как следствие, к сокращению поверхностного стока воды и наносов в период весеннего снеготаяния. Одновременно участившиеся зимние оттепели привели к уменьшению запасов воды в снеге на период снеготаяния [20]. Другим подтверждением снижения уровней половодий и смыва с пахотных земель является резкое сокращение темпов аккумуляции на поймах малых рек Среднерусской возвышенности в последние 30 лет [27, 28].

Заключение

Анализ изменений максимального, минимального и годового стоков малых рек южной половины ЕТР показал, что происходящие с середины 70-х годов XX в. изменения климата привели к существенным трансформациям их водного режима. Произошло перераспределение внутригодового стока в сторону увеличения вклада подземного стока при синхронном сокращении доли поверхностной составляющей речного стока. При этом перераспределение стока между фазами водного режима не оказывает существенного влияния на годовой сток, который остается относительно постоянным или незначительно увеличивается вследствие некоторого роста атмосферных осадков. Снижение поверхностного стока, прежде всего, с пашни способствует уменьшению интенсивности склонового смыва, что косвенно подтверждается резким снижением темпов аккумуляции наносов в днищах долин первого порядка на водосборах с высокой долей пахотных земель. Уменьшение максимальных расходов в период половодья наряду с сокращением бассейновой эрозии привело к резкому сокращению темпов аккумуляции наносов на поймах малых рек в последние 30 лет.

вода речной европейский подземный

Литература

1. VI Всерос. гидролог. съезд: Тез. докл. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. - 141 с.

2. Переведенцев Ю.П., Шанталинский К.М. Изменения приземной температуры воздуха Северного полушария за период 1850-2014 гг. // Учён. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2015. - Т. 157, кн. 3. - С. 8-19.

3. Переведенцев Ю.П., ВерещагинМ.А., Наумов Э.П., Шанталинский К.М., Николаев АА. Региональные проявления современного потепления климата в тропо-стратосфере Северного полушария // Изв. РАН. Сер. геогр. - 2005. - № 6. - С. 6-16.

4. Водные ресурсы России и их использование / Под ред. И.А. Шикломанова. - СПб.: ГГИ, 2008. - 600 с.

5. Фролова Н.Л., Агафонова С.А., Нестеренко Д.П., Повалишникова Е.С. Естественная зарегулированность стока рек бассейна Волги в условиях меняющегося климата // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. - 2013. - № 6. - С. 32-49.

6. Алексеевский Н.И., Фролова Н.Л., Антонова М.М., Игонина М.И. Оценка влияния изменений климата на водный режим и сток рек бассейна Волги // Вода: химия и экология. - 2013. - № 4. - С. 3-12.

7. Водогрецкий В.Е. Антропогенное изменение стока малых рек. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 176 с.

8. Зайков Б.Д. Средний сток и его распределение в году на территории СССР. - Л.; М.: Гидрометеоиздат, 1946. - 148 с.

9. Причины и механизм пересыхания малых рек / Науч. ред. Г.П. Бутаков. - Казань: ГранДан, 1996. - 109 с.

10. Коронкевич Н.И. Водный баланс Русской равнины и его антропогенные изменения. - М.: Наука, 1990. - 203 с.

11. Джамалов Р.Г., Фролова Н.Л., Рец Е.П., Бугров А.А. Особенности формирования современных ресурсов подземных вод Европейской части России // Водные ресурсы. - 2015. - Т. 42, № 5. - С. 457-466.

12. Переведенцев Ю.П. Теория климата. - Казань: Казан. гос. ун-т, 2009. - 504 с.

13. Крышнякова О.С., Малинин В.Н. Особенности потепления климата Европейской территории России в современных условиях // Общество. Среда. Развитие. - 2008. - № 2. - С. 115-124.

14. Фролова Н.Л., Киреева М.Б., Агафонова С.А., Евстигнеев В.М., Ефремова Н.А., Повалишникова Е.С. Внутригодовое распределение стока равнинных рек Европейской территории России и его изменение // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. - 2015. - № 4. - С. 4-20.

15. Геращенко И.Н. Особенности гидрографии и гидрологии Северного Кавказа // Тавр. науч. обозреватель. - 2017. - № 3. - С. 106-113.

16. Park H., Sherstiukov A.B., Fedorov A.N., Polyakov I.V., Walsh J.E. An observation- based assessment of the influences of air temperature and snow depth on soil temperature in Russia // Environ. Res. Lett. - 2014. - V. 9, No 6.

17. Калюжный И.Л., Лавров С.А. Гидрофизические процессы на водосборе. - СПб.: Нестор-История, 2012. - 616 с.

18. Калюжный И.Л., Лавров С.А. Основные физические процессы и закономерности формирования зимнего и весеннего стока рек в условиях потепления климата // Метеорология и гидрология. - 2012. - № 1. - С. 68-81.

19. Evaluation of soil erosion rates in the southern half of the Russian plain: Methodology and initial results // Proc. IAHS. - 2017. - V. 375. - P. 23-27.

20. Иванов М.А., Прищепов А.В., Голосов В.Н., Залялиев Р.Р., Ефимов К.В., Кондратьева А.А., Киняшова А.Д., Ионова Ю.К. Оценка изменения площади пахотных угодий в бассейнах рек Европейской территории России за период 1985-2015 гг. // Современные методы дистанционного зондирования Земли. - 2017. - Т. 14. № 5. - С. 161-171.

21. Аптухин А.В., Кумани М.В. Современные изменения условий формирования слоя стока весеннего половодья рек Курской области // Учен. зап. Электрон. науч. журн. Курск. гос. ун-та. - 2012. - Вып. 1. - С. 300-311.

22. Голосов В.Н. Использование радиоизотопов при исследовании эрозионно-аккумулятивных процессов // Геоморфология. - 2000. - № 2. - С. 26-33.

23. Шарифуллин А.Г. Аккумуляция наносов в днище балок (на примере балок в бассейнах р. Ведуга и р. Меша) // Эрозионные, русловые и устьевые процессы (исследования молодых ученых университетов): Сб. ст. - Н. Новгород: Мининский ун-т, 2016. - С. 259-267.

24. Голосов В.Н., Гусаров А.В., Иванова Н.Н., Шарифуллин А.Г. Современная аккумуляция наносов в днищах балок лесостепной зоны Среднерусской возвышенности // Теория и методы современной геоморфологии: Материалы XXXV Пленума Геоморфол. комиссии РАН / Отв. ред. М.Е. Кладовщикова, С.В. Токарев. - Симферополь, 2016. - Т. 2. - С. 176-180.

25. Голосов В.Н., Иванова Н.Н., Гусаров А.В., Шарифуллин А.Г. Оценка тренда деградации пахотных почв на основе изучения темпов формирования стратоземов с использованием ¹³⁷Сsв качестве хрономаркера // Почвоведение. - 2017. - № 10. - С. 1238-1252.

26. Маркелов М.В., Голосов В.Н., Беляев В.Р. Изменение темпа аккумуляции наносов на поймах малых рек в центре Русской равнины // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5: География. - 2012. - № 5. - С. 70-76.

27. Мамихин С.В., Голосов В.Н., Парамонова Т.А., Шамшурина Е.Н., Иванов М.М. Вертикальное распределение ¹³⁷Cs в аллювиальных почвах поймыр. Локна (Тульская область) в отдаленный период после аварии на ЧАЭС и его моделирование // Почвоведение. - 2016. - № 12. - С. 1521-1533.

28. village of Devitsa, 10 - Kalaus River / village of Sergievka, 11 -Kuma River / village of Bekeshevskaya, Kuma River / village of Aleksandriiskaya.

References

1. VI Vseros. godrolog. s”ezd: Tez. dosl. [All-Russian Hydrological Congress. Abstracts of Reports]. St. Petersburg, Gidrometeoizdat, 2004. 141 p. (In Russian)

2. PerevedentsevYu.P., Shantalinskii K.M. Changes in the near-surface air temperature of the Northern Hemisphere during the period of 1850-2014. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2015, vol. 157, no. 3, pp. 8-19. (In Russian)

3. Perevedentsev Yu.P., Vereshchagin M.A., Naumov E.P., Shantalinsky K.M. Regional manifestations of the modern climate warming in the Northern Hemisphere troposphere and stratosphere. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Geogr., 2005, no. 6, pp. 6-16. (In Russian)

4. Shiklomanov I.A. (Ed.) Vodnyeresursy Rossiiiikhispo l'zovanie [Water Resources of Russia and Their Use]. St. Petersburg, GGI, 2008. 600 p. (In Russian)

5. Frolova N.L., Agafonova S.A., Nesterenko D.P., Povalishnikova E.S. Natural regulation of the Volga basin rivers runoff in the changing climate conditions. Vodn. Khoz. Ross.: Probl., Tekhnol., Upr., 2013, no. 6, pp. 32-49. (In Russian)

6. Alekseevskii N.I., Frolova N.L., Antonova M.M., Igonina M.I. Climate changes impact on the regime and runoff of Volga basin rivers. Voda: Khim. Ekol., 2013, no. 4, pp. 3-12. (In Russian)

7. Vodogretskii V.E. Antropogennoei zmeneniesto kamalyhkrek [Anthropogenic Changes in the Flow of Small Rivers]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1990. 176 p.(In Russian)

8. Zaikov B.D. Sredniistoki ego raspredelenie v godunaterritorii SSSR [Average Runoff and Its Subannual Distribution on the Territory of the USSR]. Leningrad, Moscow, Gidrometeoizdat, 1946. 148 p. (In Russian)

9. Prichiny imechanism peresykhani yamalykhrek [Causes and Mechanism of Drying of Small Rivers]. Butakov G.P. (Ed.). Kazan, GranDan, 1996.109 p. (In Russian)

10. Koronkevich N.I. Vodnyibalans Russkoiravninyi ego antropogenny eizmeneniya [The Water Balance of the Russian Plain and Its Anthropogenic Changes]. Moscow, Nauka, 1990. 203 p. (In Russian)

11. Dzhamalov R.G., Frolova N.L., Rets E.P., Bugrov A.A. Formation of current groundwater resources in European Russia. Water Resour., 2015, vol. 42, no. 5, pp. 563-571.

12. PerevedentsevYu.P. Teoriyaklimata [Theory of Climate]. Kazan, Kazan. Gos. Univ., 2009. 504 p. (In Russian)

13. Kryshnyakova O.S., Malinin V.N. Characteristics of climate warming in European Russia in modern conditions. O-vo. Sreda. Razvit., 2008, no. 2, pp.115-124. (In Russian)

14. Frolova N.L., Kireeva M.B., Agafonova S.A., Evstigneev V.M., Efremova N.A., Povalishnikova E.S. Annual distribution of the discharge of plain rivers in the European territory and its changes. Vodn. Khoz. Ross.: Probl., Tekhnol., Upr., 2015, no. 4, pp. 4-20. (In Russian)

15. Bluzhina A. S. The ecological status assessment of the catchment area of the Kalaus River in Stavropol region. Izv. DGPU. Estestv. Tochn. Nauki, 2014, no. 4, pp. 67-70. (In Russian)

16. Gerashchenko I.N. Characteristics of hydrography and hydrology of the North Caucasus. Tavr. Nauchn. Obozrevatel', 2017, no. 3, pp. 106-113. (In Russian)