III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Государственный мониторинг водных объектов является составной частью системы государственного мониторинга окружающей среды. В современных условиях научно-технического процесса мониторинг природной среды, в том числе - водных ресурсов, является одной из актуальных проблем.

В пределах территории КГПБЗ речная сеть представлена свыше трех тысячами ручьев, речушек и рек, берущих начало с Главного Кавказского хребта и его отрогов и принадлежащих к бассейнам Черного и Азовского морей. Около 95% общего числа рек приходится на долю малых водотоков. Речная сеть разделена Главным Кавказским хребтом на два гидрологических района: бассейны южного и северного макросклонов. К северному относятся бассейны рек Белой, Киши, Уруштена, Курджипса, Озерной, Малой Лабы и др., к южному - Шахе, Мзымта, Ачипс и др.

Для основных рек северного макросклона характерно асимметричное строение бассейнов рек, что объясняется особенностями рельефа: узкие глубоких ущелья, перемежающиеся расширенными участками межгорных котловин, где скорость течения уменьшается, откладываются твердые наносы, а русла разбиваются на рукава. Реки южного макросклона Большого Кавказа имеют значительные высоты истоков в высокогорной зоне (Мзымта, Шахе и др.), характеризуются малой протяженностью, большим перепадом падения и расчлененностью на многочисленные мелкие водосборные бассейны.

Густота речной сети в пределах заповедника составляет 1,5-1,9 км/км², водность - 50-70 л/с·км² в зоне формирования стока горных рек. Питание рек зависит от особенностей климата, геологического строения и высоты расположения бассейна и происходит за счет талых вод ледников, снежников и сезонных снегов, дождей, вызывающих в ряде районов паводки в течение всего года, и подземных вод, имеющих сложную связь с поверхностными водами.

Согласно гидрологического районирования Северо-Западного Кавказа, по водному режиму и с учетом гипсографии, в пределах территории заповедника выделены два гидрологических района:

1. Горно-лесная зона;

2. Высокогорная зона.

Реки горно-лесной зоны заповедника характеризуются весенне-летним половодьем и паводками в течении летнего, осеннего и зимнего сезонов. Начало половодья, в зависимости от высоты, приходится в среднем на середину марта-апреля. Наиболее многоводным является период с апреля по июнь (в среднем около 50% годового стока). Наиболее маловодный - период август-декабрь (20-30% годового стока).

Реки высокогорной зоны заповедника характеризуются относительно невысоким, но длительным половодьем (май-август, 70-75% годового стока), формируемым преимущественно талыми водами ледников и снежников. Самый маловодный период - декабрь-март (10% годового стока).

В соответствии с условиями увлажнения и теплообеспеченности, для территории заповедника характерно общее понижение годового стока рек с юга на север и с запада на восток. Величина годового стока рек изменяется от 500 мм на севере заповедника до 2500-3000 мм в его высокогорной зоне. Коэффициент вариации годового стока составляет 0,15 на юге и 0,2 - на севере.

В пределах Кавказского заповедника ледники и снежники Главного Кавказского хребта питают многочисленные ручьи, сливающиеся в бурные порожистые реки. Основными водосборными бассейнами северного макросклона являются: 1. р. Белая с пятью крупными: Молчепа, Киша, Березовая, Чесу, Безымянная и многочисленными мелкими притоками; 2. р. Малая Лаба; 3. р. Уруштен; 4. р. Киша; 5. р. Курджипс. Водосборные бассейны южного макросклона включают в себя бассейны: 1. р. Мзымта; 2. р. Шахе и др.

Все водосборные бассейны в их верхнем течении являются крупными водными объектами региона, поэтому необходима оценка нормы годового стока. Годовой сток в норме является результатом сложного взаимодействия многих факторов. Средний многолетний модуль годового стока (М) от пяти факторов, влияющих на его норму, можно представить в виде формулы:

М      = f (x, t°, H_ср,  f_лес,  h_в),                            (1)

где: x, t° - средние многолетние осадки и среднегодовая температура;

H_ср - средняя взвешенная высота водосбора;

f_лес - площадь лесистости в %;

h_в - глубина эрозионного вреза долин.

Это выражение следует представить как линейную модель:

М = а₁ х - а₂ t° + a₃ H_ср + а₄ f_лес + а₅ h_в + В             (2)

где:  В - свободный член;

а₁, а₂, а₃, а₄, а₅ - коэффициенты регрессии.

Для расчета на ЭВМ (ЕС-1032) математической модели нормы годового стока использовались данные по бассейнам рек, представленные биосферной станцией «Джуга», расположенной в междуречье Киши и Уруштена.

В результате многофакторного анализа на ЭВМ, модуль годового стока в норме выражается в виде следующей математической модели:

М = 0,003 х - 3,75 t° + 0,0007 Н_ср + 0,114 f_лес + 0,02 h_в + 28,85  (3)

В состав математической модели включены те факторы, которые по физическим соображениям рассматриваются наиболее существенными. Судя по коэффициентам регрессии, эти 5 рассмотренных факторов вносят определенный вклад в процесс формирования нормы годового стока. Такие существенные факторы и определили основной вид указанной связи. Об удельном весе каждого частного аргумента при формировании стока позволяют судить рассчитанные коэффициенты регрессии математической модели. Анализ этих данных показывает, что определяющее влияние на норму годового стока оказывают климатические факторы (атмосферные осадки и температура воздуха). Все остальные параметры (рельеф, растительный покров и др.) влияют на сток постольку, поскольку они воздействуют на количество осадков и испарение.

Для расчета удельных водных ресурсов бассейнов рек, в математическую модель вставлены среднемноголетние данные пяти факторов, в результате получены нормы годового стока. Выполнены математические модели нормы годового стока для водосборных бассейнов рек (в пределах КГПБЗ) северного макросклона: Белой (табл. 1), Курджипса (табл.2), Киши (табл. 3), Малой Лабы (табл. 4), Уруштена (табл. 5) и бассейнов рек южного макросклона: Мзымты (табл. 6), Шахе (табл. 7).

Таблица 1. - Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Белой (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Березовая - устье	58,4	1940	3,9	2530	80	597
2	р. Чесу - устье	57,6	1820	4,1	2970	77	583
3	р. Молчепа - устье	51,3	1780	4,3	1980	82	428
4	р. Киша - лагерная (караулка)	31,7	1500	4,8	1680	75	329
5	р. Белая - Гузерипль	52,8	1420	5,2	1580	75	513
Среднее		50,36	1692	4,5	2148	78	490

Площадь водосбора - 2790 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,92.

Таблица 2. - Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Курджипс (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция, М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	Безводная - устье	24,4	850	6,9	309	75	240
2	Татарка - устье	26,8	1100	6,7	367	80	310
3	Морозка - устье	31,4	1310	6,0	524	80	385
4	Сухая Балка - устье	44,8	1420	6,3	850	85	460
5	Мезмай - устье	40,6	1400	6,7	808	85	470
6	Пальмовая - устье	49,6	1510	5,1	770	85	485
7	Безымянка - устье	28,4	1005	4,7	507	90	311
Среднее		35,1	1228	6,1	591	83	380

Площадь водосбора - 765 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,91.

Таблица 3. - Значение функции и аргументов математической модели

нормы годового стока водосборного бассейна реки Киши (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Княжеская - устье	57,1	1830	3,9	2955	85	481
2	р. Мордовская - устье	49,3	1710	4,4	1947	82	397
3	р. Малая Туровая - устье	48,7	1640	4,5	1925	80	411
4	р. Грустная - устье	56,7	1745	3,7	2710	85	498
5	р. Туровая - устье	52,7	1628	4,1	2530	83	427
6	р. Киша - лагерная	31,7	1500	4,8	1680	75	329
Среднее		49,4	1676	4,2	2291	82	424

Площадь водосбора - 500 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,93.

Таблица 4. - Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Малой Лабы (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Цахвоа - устье	61,4	1990	3,1	2490	87	619
2	р. Умпырь - устье	56,8	1975	3,5	2150	85	549
3	р. Безымянка - устье	55,7	1840	3,4	2040	80	478
4	р. Псебайка - устье	54,3	1780	4,1	1830	75	412
5	р. Шедок - устье	54,7	1790	4,0	1920	75	434
Среднее		56,7	1875	3,6	2086	81	499

Площадь водосбора - 1180 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,90.

Таблица 5. - Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Уруштен (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Бамбачка - устье	63,8	1700	4,2	2960	85	540
2	р. Челепсы - устье	58,2	1800	4,4	2720	82	495
3	р. Озерная - устье	55,6	1650	5,2	1880	76	257
4	р. Аспидная - устье	52,0	1920	4,5	2620	80	392
Среднее		57,4	1767,5	4,6	2545	80,8	421

Площадь водосбора - 428 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,89.

Таблица 6. - Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Мзымта (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Азмыч - устье	66,4	2390	6,1	2130	82	587
2	р. Ченешижган - устье	66,1	2245	6,3	2670	80	554
3	р. Пслух - устье	65,1	2100	6,7	1900	78	499
4	р. Пудзико - устье	64,3	2005	6,8	2020	75	483
Среднее		65,6	2185	6,4	2180	79	531

Площадь водосбора - 260,5 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,91.

Таблица 7. - Значение функции и аргументов математической модели нормы годового стока водосборного бассейна реки Шахе (в пределах КГПБЗ)

№ пп	Река-пункт	Функция М, л/с·км2	Аргументы
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Буший - устье	70,1	2400	6,1	2718	87	544
2	р. Беюк - устье	69,4	2310	6,2	2555	85	521
3	р. Кудо - устье	67,3	2220	6,5	2340	82	479
4	р. Бзыч - устье	66,9	2100	6,7	2115	80	424
5	р. Леонашка - устье	66,4	2000	7,1	1950	75	377
Среднее		68,02	2206	6,5	2336	82	469

Площадь водосбора - 204,8 км².

Коэффициент множественной корреляции - 0,92.

Данные функций и аргументов математических моделей нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов КГПБЗ сведены в таблицу 8.

Таблица 8. - Сводные данные функций и аргументов математических моделей нормы годового стока рек основных водосборных бассейнов в пределах Кавказского государственного природного биосферного заповедника

№ пп	Водосборный бассейн	Функция М, л/с·км2	Аргументы (средние)
			Х, мм	t°	Hср, м	fлес, %	hв, см
1	р. Белой	50,36	1692	4,5	2148	78	490
2	р. Малой Лабы	56,7	1875	3,6	2086	81	499
3	р. Киши	49,4	1676	4,2	2291	82	424
4	р. Уруштен	57,4	1767	4,6	2545	80	421
5	р. Курджипс	35,1	1228	6,1	591	83	380
6	р. Мзымты	65,6	2185	6,4	2180	79	531
7	р. Шахе	68,02	2206	6,5	2336	82	469
Среднее		54,7	1804	5,1	2796	81	459

Коэффициенты множественной корреляции нормы годового стока рек основных бассейнов колеблются от 0,89 до 0,93, а для всех бассейнов - 0,91, что показывает высокую тесноту связей пространственного распределения стока.

Согласно рассчитанным нормам годового стока по бассейнам рек КГПБЗ выделены три зоны водоносности:

1 зона - средней водоносности (М = 15-36 л/с·км²), к которой относится верховье водосборного бассейна р. Курджипс.

2 зона - высокой водоносности (М = 37-58 л/с·км²). Относится высокогорье водосборных бассейнов рек Белой, Киши, Уруштена, Малой Лабы.

3 зона - очень высокой водоносности (М = 59-70 л/с·км²). К ней относятся верховья водосборов рек Шахе и Мзымта.

Математическая модель нормы годового стока (модуль годового стока) позволяет оценить удельные водные ресурсы территорий. Анализ оценки водных ресурсов по территориям показывает, что максимальными потенциальными водными ресурсами обладают реки высокогорной зоны (верховья рек северного и южного макросклонов в пределах заповедника), где модуль годового стока колеблется от 49,7 до 66,8 л/с·км², так как добавляется такой естественный регулятор стока рек, как многолетние снега и ледники.

Таблица 9. - Оценка водных ресурсов бассейнов рек Северного-Западного Кавказа

№№ пп	Территории	Площадь, км2	Модуль среднего годового стока (М), л/с·км2
1	Кубань	43800	5,2
2	Реки Черноморского побережья	8800	33,0
3	Реки в пределах КГПБЗ:	9128	54,7
	а) северного макросклона	8663	49,7
	б). южного макросклона	465,3	66,8
Всего		83600	6,4

Количественным показателем многолетней изменчивости стока является коэффициент вариации (С_v). Коэффициенты вариации годового стока рек в пределах заповедника изменяются с севера на юг от 0,2 до 0,15.

Коэффициенты вариации в высокогорной зоне минимальны, от 0,07 до 0,15, так как там годовой сток формируется как за счет сезонных осадков, так и за счет талых вод хионосферы, величина которых зависит от температуры воздуха теплого сезона. Значения С_v постоянны для высотной зоны.

Норма годового стока имеет большое значение при практических расчетах речного стока и водохозяйственном проектировании, так как она определяет потенциальные водные ресурсы речного бассейна или района.

Код для цитирования: Скопировать