Оценка уровня лесистости водосборных площадей и состояния водохранилищ (на примере Республики Башкортостан)

Вестник Челябинского государственного университета. 2013. № 7 (298).

Биология. Вып. 2. С. 187-190.

А. Г. Сабитова, А. Ю. Кулагин, Р. Х. Гиниятуллин

ОЦЕНКА УРОВНЯ ЛЕСИСТОСТИ ВОДОСБОРНЫХ ПЛОЩАДЕЙ И СОСТОЯНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ

Выполнен сравнительный анализ водосборных площадей водохранилищ, расчёт их срока службы и зависимость заиления от лесистости водосборных площадей.

Ключевые слова: заиление водохранилищ, срок службы водохранилищ, водосборный бассейн водохранилищ, лесистость, залесенность водосборов.

Введение. Водохранилища являются замыкающим звеном эрозионно-русловой системы. Поэтому значительный объём твёрдых частиц поступает с речным стоком, за счёт роста оврагов и смыва почв с прилегающих склонов, в результате переработки берегов и оползневых процессов. Эти процессы приводят к отложению большого объёма ила, вследствие чего происходит обмеление водохранилищ [1—3].

Состояние водосборных бассейнов водохранилищ является одним из ключевых факторов формирования качества вод водохранилищ. При их оценке следует принимать во внимание лесистость территории. Леса выступают основным стабилизирующим природным компонентом, который определяет её водный режим и миграцию химических веществ [4]. Леса в пойме водохранилища аккумулируют наносы и сдерживают разрушение берегов [2]. Отсутствие лесов — причи-

на эрозии водосборных бассейнов, что является предпосылкой загрязнения и заиления водохранилищ [4]. Таким образом, изучение процессов заиления водохранилищ, залесенности водосборной площади и их зависимости является наиболее актуальным на сегодняшний день.

Цель. Определение зависимости заиления водохранилищ от лесистости водосборного бассейна.

Материалы и методы. Проведена сравнительная характеристика трёх водохранилищ, которые расположены в разных климатических зонах Республики Башкортостан: Туймазинское (лесостепная зона), Юмагузинское (горнолесная зона) и Маканское (степная зона).

Туймазинское водохранилище (ТВ) построено в 2007 г на реке Большой Нугуш Туймазинского района Республики Башкортостан. Бассейн водохранилища включает долины рек Большого Нугуша и Малого Нугуша и озера Кандры-

Рис. 1. Бассейн Туймазинского водохранилища, масштаб 1:400 000

куль (рис. 1). На водосборе в большей степени распространены черноземы (оподзоленные, типичные, выщелоченные), встречаются участки, где имеются серые лесные, тёмно-серые, серые лесные пестроцветные и светло-серые лесные почвы [5]. Высокие водораздельные плато в бассейне водохранилища покрыты широколиственными кленово-ильмово-липовыми, реже сосновыми и смешанными широколиственно-сосновыми лесами на серых и светло-серых лесных почвах. Более низкие части склонов заняты дубовыми лесами на тёмно-серых лесных почвах. На вырубках широколиственные леса сменили березовые, реже осиновые леса. Среди дубовых и смешанношироколиственных лесов нередки поляны крупнотравных остепненных лугов [6].

Юмагузинского водохранилище (ЮВ) построено в верхнем течении реки Белой, в 115 км от истока. Водохранилище относится к горному типу [7]. Строительство водохранилища было закончено в 2007 г. Территория бассейна водохранилища характеризуется сосновыми и лиственничными лесами. Территория ближе к водохранилищу представлена широколиственными липово-кле-ново-дубово-снытевыми лесами в сочетании с дубняками остепененными.

В зоне влияния ЮВ леса представлены преимущественно лиственными насаждениями. Среди них главенствующую роль занимают липовые леса с примесью вяза, дуба, клена (45,1 %). Пойменные участки, часто скалистые склоны и каменистые осыпи с неразвитыми горными скелетными почвами.

Маканское водохранилище (МВ). Территория бассейна МВ характеризуется заволжско-казахстанскими разнотравно-дерновинно-злаковыми степями.

При равномерном отложении наносов период заиления мертвого объёма водохранилища (вре-

мя жизни водохранилища) можно определить по формуле

_ Рмо 'р

Т 2 3 ?

(1 -5)2 'ро ' М' F '10-3 ' Т

где, Vмо — мёртвый объём водохранилища (м3);

р — плотность донных отложений (кг/м3), равная 700-900 кг/м3 для илистых отложений, 1200— 1300 кг/м3 для песчаного ила, 1800—2200 кг/м3 для песков и гравия с галькой [8];

5 — транзитная часть наносов, сбрасываемых из водохранилища (м3/год) и равная 0,3—0,4 для равнинных и 0 для глубоких горных водохранилищ [9];

ро — среднемноголетняя мутность воды во входном створе водохранилища (кг/м3);

М — модуль стока (м3/с • км2);

F — площадь водосбора (км2);

Т — количество секунд в году (Т = 31,5 • 106 с).

Результаты и обсуждение. Используя программное обеспечение А1^К, на основе географической карты Республики Башкортостан были разграничены и определены водосборные площади изучаемых водохранилищ (рис. 1—3). Также подсчитаны площади лесов для каждого водосбора (табл. 2).

Из таблицы видно, что наибольшая лесистость в бассейне ЮВ — 89,7 %. Используя полученную формулу и данные табл. 1 и 2, подсчитаны периоды заиления исследуемых водохранилищ. Для ТВ величина р = 2 000 кг/м3, т. к. донные отложения галечниковые, глинистые, местами илистые (по данным Башмелиоводхоза). Период заиливания ТВ равен 79,5 лет. Механический состав донных отложений ЮВ на 29—52,7 % представлен песчаными фракциями, содержание глинистых фракций (пыль, глина, ил) достигает 47,3—71,0 % [7]. Плотность донных отложений р = 1 300 кг/м3. Транзитная часть наносов (5), сбрасываемых из

Таблица 1

Основные параметры Туймазинского (ТВ), Юмагузинского (ЮВ) и Маканского (МВ) водохранилищ

Параметр ТВ ЮВ МВ

Площадь зеркала при НПУ, га 485,80 1 730,00 441,36

Длина при НПУ, км 4,87 57,00 6,10

Объём полный, млн м3 17,52 295,00 15,536

Объём мертвый, тыс. м3 206,00 21 500,00 112,00

Глубина средняя/наибольшая, м 3,6/10,7 17,9/54,0 2,8/13,5

Таблица 2

Сравнение характеристик бассейнов Туймазинского

и Маканского (МВ) водохранилищ

Параметр бассейна ТВ ЮВ МВ

Площадь бассейна, га Площадь леса, га Лесистость, % Средний годовой модуль стока рек, л/с км2 Мутность рек, г/м3 51 880,0 8 839,0 17,0 3,4-4,0 100-250 99 9385,9 896 118,0 89,7 6,5 25-50 26132,4 0 0 1,3-1,8 370

Рис. 2. Бассейн Юмагузинского водохранилища, масштаб 1:1 750 000

Рис. 3. Бассейн Маканского водохранилища, масштаб 1:370 000

водохранилища, для глубоких горных водохранилищ равна 0 [8]. Период заиливания ЮВ равен 364,2 лет. Механический состав донных отложений МВ илистый (по данным Башмелиоводхоза). Величина р = 900 кг/м3. Период заиливания МВ равен 43,6 лет.

Полученные результаты величин времени

§ 0

0 % 17 % 89,7 %

Рис. 4. Зависимость времени жизни водохранилищ от лесистости водосборов

жизни водохранилищ отражены на рис. 4, где также показана их зависимость от лесистости водосборов.

Заключение. Установлена зависимость заиления водохранилищ от лесистости водосборных площадей, что проявляется в следующей зависимости: чем выше уровень лесистости, тем дольше срок службы водохранилища. Следует отметить, что при этом процессы заиливания водохранилищ замедляются.

Использование программного обеспечения ArcGIS в изучении водохранилищ позволяет определять водосборные площади и площади лесов. Представлена формула для определения времени жизни водохранилища в случае отсутствия измерений среднегодового расхода наносов.

Исследования выполнены при поддержке программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие», подпрограмма «Биоразнообразие: инвентаризация, функции, сохранение (2009—2011 гг.)»; гранта РФФИ №11-04-97025-р, договора с Академией наук Республики Башкортостан № 40/30-П.

Список литературы

1. Чернышев, А. А. Ихтиофауна курской области: изученность, проблемы охраны и рационального использования // Ученые записки : электр.

науч. журн. Курск. гос. ун-та. 2010. № 1. Биол. науки. С. 15—36.

2. Горейко, В. А. Защитно-водоохранные леса и их экологическая роль в степной зоне Украины // Вестн. Днепропетр. ун-та. Биология. Экология. 2008. Вып. 16. Т. 2. С. 33—41.

3. Шумаков, А. Н. Заиление прудов и водохранилищ как элементов эрозионно-русловых систем в агроландшафтах центрально-черноземного региона: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Курск. 2007. 23 с.

4. Струк, М. И. Экологическое состояние ландшафтов пригородной территории Минска / М. И. Струк, С. Г. Живнач // Природопользование. 2012. Вып. 21. С. 174.

5. Гареев, А. М. Реки и озера Башкортостана. Уфа : Китап, 2001. 260 с.

6. Жудова, П. П. Геоботаническое районирование Башкирской АССР. Уфа : Башк. кн. изд-во, 1966. 123 с.

7. Абдрахманов, Р. Ф. Юмагузинское водохранилище. Формирование гидрологического и гидрохимического режимов / Р. Ф. Абдрахманов, В. А. Тюр, В. М. Юров. Уфа : Информреклама, 2008. 152 с.

8. Михайлов, В. Н. Общая гидрология / В. Н. Михайлов, А. Д. Добровольский. М. : Высш. шк., 1991. 368 с.

9. Залепухин, В. В. Гидрология : метод. указания к практ. занятиям для студентов. Волгоград : Изд-во Волгоград. гос. ун-та, 2001. 48 с.