Содержание к диссертации
Введение
1. Теория и методы ландшафтно-гидрологического анализа территории
1.1.Историческая справка 13
1.2. Ландшафтно-гидрологические системы 18
1.3. Общие теоретические взгляды на ЛГ-анализ 24
1.4. Последовательность ландшафтно-гидрологического анализа 27
2. Ландшафтно-гидрологическая организация речных бассейнов
2.1. Ландшафтно-гидрологические структуры речных бассейнов 33
2.2. Комплексное описание модельного бассейна р.Балахта 36
2.3. Методические приемы экспериментальных исследований 40
2.4. Элементы гидрологического режима таежных биогеоценозов 50
2.5. Структура гидрологического режима биогеоценозов 62
2.6. Гидрологический режим склонов и бассейна 66
2.7. Индикативные свойства природных компонентов и структур 76
2.8. Трансформация гидрологического режима речного бассейна под влиянием хозяйственной деятельности 79
3. Ландшафтно-гидрологический анализ речных долин
3.1. Теоретические аспекты анализа 84
3.2. Особенности ландшафтно-гидрологических систем долины реки Куда 86
3.3. Особенности ландшафтно-гидрологических систем долины Нижнего Иртыша .90
3.4. Индикативные свойства растительности и режим поемности 100
3.5. Воздействия поемности на продукционный процесс в геосистемах Нижнего Иртыша 103
4. Проблемы ландшафтно-гидрологического районирования
4.1. Общие теоретические вопросы 110
4.2. Методические аспекты 111
4.3. Ольхонский полигон 114
4.4. Приемы формального ландшафтно-гидрологического районирования Ишим-Тобольского междуречья 122
5. Ландшафтно-гидрологическая организация Западной Сибири
5.1. Атмосферные осадки 130
5.2. Подземные воды 134
5.3. Ландшафтно-лимническое районирование Западной Сибири 139
5.4. Ландшафтно-гидрологические системы Западной Сибири 150
6. Ландшафтно-гидрологические приемы в картографии
6.1. Современное состояние гидрологического картографирования 156
6.2. Методические основы 157
6.3. Формы отображения л-г сюжетов 158
6.4. Гидрологические серии карт как фрагменты атласных произведений 160
6.5. Примеры картографических произведений 162
6.6. Картографирование ландшафтно-гидрологической организации Иркутской области 165
7. Ландшафтно-гидрологическая составляющая территориального планирования
7.1. Общие методологические подходы 176
7.2. Модельный полигон бассейна реки Голоустная 180
7.3. Опыт использования приемов ландшафтно-гидрологического анализа при решении задач территориального планирования речного бассейна 182
7.3.1. Критерии оценки состояния 182
7.3.2. Гидрологическое значение ландшафтов 185
7.3.3. Гидрологическая чувствительность ландшафтов 186
7.3.4. Гидрологическая чувствительность поименно-долинных комплексов 186
7.3.5. Конфликты и проблемы использования 188
7.3.6. Цели использования и дальнейшего развития поименно-долинных комплексов 189
7.4. Модельный полигон - Слюдянский район 193
7.4.1. Ресурсная характеристика и состояние поверхностных вод 193
7.4.2. Оценка в категориях значения и чувствительности 194
7.4.3. Гидрологическое значение ландшафтов 197
7.4.4. Гидрологическая чувствительность ландшафтов 198
7.4.5. Конфликты и проблемы использования 199
7.4.6. Цели использования и дальнейшего развития 200
8. Водоохранное зонирование прибрежных территорий озера Байкал
8.1. Исходные соображения 205
8.2. Правовые определения 206
8.3. Концепция природоохранного проектирования 208
8.4. Принципы выделения водоохраной зоны 210
8.5. Растительные и ландшафтные критерии выделения водоохраных зон 213
8.6. Геоморфологические критерии зонирования 216
8.7. Гидрогеологические критерии зонирования 218
8.8. Водоохранные функции почв 222
8.9. Ландшафтно-гидрологические критерии зонирования 228
9. Водоохраное зонирование населенных пунктов прибрежной зоны озера Байкал
9.1. Общие положения 237
9.2. Общие методологические подходы водоохранного зонирования 239
9.3. Практическая реализация задач водоохранного зонирования 240
9.4. Водоохранное зонирование и цели развития г. Байкальска и его пригородной зоны 245
- Элементы гидрологического режима таежных биогеоценозов
- Особенности ландшафтно-гидрологических систем долины Нижнего Иртыша
- Ольхонский полигон
- Ландшафтно-лимническое районирование Западной Сибири
Введение к работе
Актуальность проблемы. Оценка и охрана водных ресурсов относятся к числу наиболее сложных и актуальных проблем во многих странах мира. Прогрессирующее воздействие человека на природное окружение не только изменяет естественные ландшафты, но и отрицательно сказывается на стокоформировании. Опыт исследований показывает, что антропогенные трансформации природных комплексов приводят к качественному истощению водных ресурсов, а также к неблагоприятному перераспределению речного стока во времени - снижению меженных речных расходов и значительному усилению опасных гидрологических явлений. Российская Федерация обладает уникальными запасами чистой пресной воды, значение которых в ближайшее время может обернуться соразмерным со значением углеводородного сырья. Потеря этого ресурса может стать стратегической проблемой для страны уже в обозримом будущем.
Решение водно-экологических проблем невозможно без дальнейшего углубления знаний о закономерностях формирования гидрологических процессов территорий, особенно в условиях Сибири, отличающихся сложным сочетанием природных и хозяйственных факторов их формирования. Одним из основных показателей недостаточности гидрологической изученности является чрезмерно интегрированное и формализованное представление о гидрологических процессах и явлениях. Поэтому очевидна актуальность дальнейшей дифференциации представлений о гидрологической организации, устройстве территории.
Автор диссертации видит основное направление работы по территориально распределенному анализу формирования водных ресурсов в выявлении закономерностей ландшафтно-гидрологической организации территории, т. е. представлении региональных и локальных гидрологических характеристик на ландшафтной основе. Знания таких закономерностей дают необходимое основание для рационального управления водными ресурсами и преобразования ландшафтов исключая нанесение невосполнимого ущерба для окружающей среды.
Важным аспектом исследования является определение средоформирующей роли водного компонента в различных природных ситуациях. Для европейской территории страны накоплен значительный опыт таких работ, например, на Курском географическом стационаре Института географии РАН. Для территории Сибири подобный опыт пока незначителен, а полученные материалы экспериментальных работ требуют дальнейшего осмысления.
Для решения указанных проблем необходимо формирование нового взгляда на изучение гидрологических процессов и явлений. Во-первых, в плане оценки влияния разнообразных и взаимосвязанных природных факторов и природных структур на гидрологиче-
ские процессы, т. е. познание гидрологической организации территорий разной пространственной размерности с различными физико-географическими условиями и типом хозяйственного использования. Во-вторых, как описание гидрологических свойств собственно природных систем, включая средоформирующие функции водных объектов. При этом очевидна необходимость не только оценки территориальных особенностей совокупности гидрологических процессов и явлений, но и определение основных принципов их охраны и управления под конкретные цели и задачи.
Теоретические и методологические аспекты работы основаны прежде всего на гео-графо-гидрологическом подходе, сформулированном В.Г. Глушковым в 1930-е годы. Развитие этого подхода применительно к разным природным условиям осуществлялось в исследованиях М.И. Львовича, А.И. Субботина, И.С. Соседова, Н.И. Коронкевича, А.А. Молчанова, A.M. Грина, К.Е. Иванова, Г.М. Черногаевой и др. Они в той или иной степени сформировали общие представления о гидрологических свойствах ландшафта, об особенностях функционирования природных комплексов с учетом роли воды и водных объектов.
Цель работы заключается в выявлении закономерностей ландшафтно-гидрологиче-ской организации территории в условиях Сибири, позволяющее наиболее обоснованно с гидрологических позиций воздействовать на окружающую среду. Основной задачей является описание дифференциации региональных и локальных гидрологических характеристик на ландшафтной основе посредством:
определения основных принципов ландшафтно-гидрологического анализа территории, т. е. приемов оценки взаимосвязей между природными структурами (факторами) и гидрологическими процессами, и получение их пространственного описания;
представления о ландшафтно-гидрологических системах (ЛГС) как части земной поверхности, где взаимодействия гидрологических процессов и природных структур обладают локализовано специфическими закономерностями;
применения экспериментальных материалов при разработке приемов индикации пространственной гидрологической организации;
обоснования с функционально-генетических позиций гидрологического зонирования речных бассейнов и поименно-долинных систем;
разработки ландшафтно-гидрологической концепции водоохранного зонирования; картографического представления результатов исследования;
территориального планирования экологически обоснованного развития с учетом сохранения гидрологических функций ландшафтов.
Научная новизна заключается в новом подходе к получению и систематизации знаний о территориальной природной организации в целом и ландшафтно-гидрологической организации в частности. В итоге разработан инструмент интеграции географических и гид-
рологических знаний и система новых представлений об организации геосистем. Эти представления реализованы:
предложена и обоснована иерархия ландшафтно-гидрологических систем и их соответствие традиционным гидрологическим объектам - речным бассейнам;
показаны методические возможности гидрологических исследований в составе комплексных географических исследований в различных природных условиях и при решении разных научных и практических задач;
разработаны новые методические основы гидрологических зонирования и районирования;
даны представления об особенностях ландшафтно-гидрологической организации разнообразных природных объектов - от речных бассейнов до территорий субпланетарной размерности;
предложено новое применение картографических и индикационных методов для гидрологических задач;
созданы подходы для управления водными ресурсами, основанные на приемах водоохранного зонирования и инструментах ландшафтного планирования.
В контексте разработанных автором теоретических и методических представлений получены знания о природной и гидрологической организации различных регионов Сибири.
Предмет защиты - разработанные автором применительно к условиях Сибири теоретические и методические представления о ландшафтно-гидрологической организации территории как иерархии гидрологически предопределенных систем разного типа и пространственного уровня. Инструментом изучения и управления такой специализированной организации является ландшафтно-гидрологический анализ и синтез, т. е. система методов изучения пространственно локализованных взаимосвязей между гидрологическими процессами и явлениями и природными компонентами и геосистемами. Предмет защиты реализован в следующих положениях, выносимых на защиту.
1. Одним из срезов природной дифференциации территории является ее ланд-шафтно-гидрологическая организация в виде иерархии частных (парциальных) систем, определенных пространственно локализованными взаимосвязями между гидрологическими процессами и явлениями и природными компонентами и геосистемами.
2.Генетически обоснованные представления о ландшафтно-гидрологической организации в наибольшей степени могут быть описаны приемами ландшафтно-гидрологи-ческого анализа, в основе которых лежат представления о закономерностях формирования гидрологических процессов и явлений.
3. Экспериментальные исследования малых природных объектов, приемы генетически обоснованных гидрологических зонирования, районирования и (или) картографиро-
вания территории - важнейшие составляющие комплексного анализа гидрологической организации территории.
4. Практическая реализация ландшафтно-гидрологического подхода в управлении водными ресурсами основана на инструментах ландшафтного планирования как алгоритма целевого анализа и оценок водного компонента в природной среде.
б.Эффективным применением разработанной системы управления состоянием водных объектов является ландшафтно-гидрологический подход к водоохранному зонированию экологически значимых территорий - прибрежных участков озера Байкал и населенных пунктов.
Объекты исследования, исходная информация. Апробация ландшафтно-гидрологи-ческих идей проводилась в разных природных условиях и при решении разнообразных задач. Основным требованием к организации работ было получение не только гидрологической информации, но и количественно-качественных данных о влияющих на гидрологические процессы природных и антропогенных факторах. Оценка эффективности подхода определялась и разнообразием изучаемых природных объектов, их разной пространственной размерностью. Следует выделить три основных региона работ (рис. 1):
Минусинская котловина - юг Красноярского края. Ландшафтно-гидрологические исследования были составной частью комплексных работ, проводимых на экспериментальных полигонах двух географических стационаров Южно-Сибирской географической станции. Наиболее плодотворный период этих экспериментов в природе охватывает 1970-е и первую половину 1980-х гг. В настоящее время проводится эпизодический сбор информации о ряде гидрологических характеристик и определяющих их факторов.
Западная Сибирь - Тюменская область, долина Нижнего Иртыша. Гидрологический блок исследований был одним из основных в экспертизе проекта перераспределения стока сибирских рек в Среднюю Азию. Помимо прикладной направленности, ландшафтно-гидрологические исследования были составной частью комплексных географических работ на полигонах-трансектах Нижнеиртышского географического стационара. Исследования проводились автором в 1980-е гг., в настоящее время они практически прекращены.
Бассейн озера Байкал (прежде всего прибрежные районы Иркутской области - южное побережье). Ландшафтно-гидрологический анализ был составной частью крупномасштабных работ по разработке научных основ устойчивого развития Байкальского региона. В их состав входили как комплексные исследования бассейнов малых рек - притоков озера, так и площадные оценки гидрологической организации побережья при водоохранном зонировании, включая территорию населенных пунктов. Гидрологическое обоснование стало основным при разработке экологического зонирования Байкальской природной территории, проведенной Институтом географии СО РАН во исполнение закона Российской Федерации "Об охране озера Байкал".
Профили в долине Нижнего Иртыша
Корбинский
Моильский
Ирымский
'<;
ЗАПАДНО-СИБИРСКАЯ РАВНИНА .Сургут
'озеро Байкал
Ы.и
Хаз,
Гп>
Районы экспериментальных работ
Модельные участки
I. Тобол-Ишимское междуречье
II. Бассейн р. Балахта
III. Бассейн р. Голоустная
(ШЛО (X]
IV. Ольхонский район
V. Слюдянский район
VI. г. Байкальск
CZ] VII. р. Куда
КЗ VIII. Ангаро-Ленское междуречье
— - водоохранная зона оз. Байкал (в границах Иркутской области)
Рис 1. Район эксперементальных работ
Кроме перечисленных регионов и природных объектов проводились разномасштабные исследования для решения других фундаментальных и прикладных задач. Важнейшей из них было осуществление многолетнего российско-германского проекта "Экологически ориентированное планирование землепользования в Байкальском регионе" (1994-2003 гг.). Благодаря выполнению этого проекта был разработан инструмент ландшафтного планирования, эффективный не только при решении комплексных природоохранных задач, но и при выполнении частных отраслевых исследований, например управлении водными ресурсами и водоохранном зонировании (Руководство по ландшафтному планированию, т. 1 и 2; Ландшафтное планирование..., 2002). Специалистами-гидрологами совместно и представителями других географических направлений были составлены ландшафтные планы для большей части прибрежных районов Прибайкалья, изданные в виде серии монографий под редакцией автора (Экологически ориентированное планирование..., 1977, 1998, 2002 а, 2002 б, 2002 в).
Основной объем исходной информации был собран под руководством и при непосредственном участии автора на географических стационарах Института географии СО РАН. Другим источником информации были фондовые материалы и опубликованные работы.
Практическая значимость. Материалы и результаты исследований автора использовались в таких важных прикладных работах, как экспертиза проекта перераспределения стока сибирских рек в Среднюю Азию, экологическое зонирование Байкальской природной территории, структурно-функциональное водоохранное зонирование побережья озера Байкал и других водных объектов, разработка инструментов ландшафтного планирования как основы устойчивого развития регионов России.
В последнее время материалы автора используются при практической реализации законов РФ, таких как - "Об охране озера Байкал", "Водный кодекс", "Об экологической экспертизе". В рамках последнего документа в течение десяти лет разрабатывался гидрологический блок экологической документации хозяйственных проектов. Автор является одним из разработчиков идеологии экологического сопровождения крупных проектов, реализованного, например, при освоении одного из крупнейшего в России Ковыктинского газоконденсатного месторождения в Иркутской области. К числу результатов следует отнести методическое пособие "Руководство по ландшафтному планированию", утвержденное Госкомприродой в 2000 г., карты "Экологическое зонирование Байкальской природной территории" (2001) и "Эколого-географическая карта Российской федерации" (1996).
Материалы автора используются в разнообразных проектах практическими, учебными и научными учреждениями России не только в Сибири, но в некоторых других регионах, например в Ярославской области.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований доложены на 34 международных, всесоюзных, всероссийских и региональных конференциях, совещаниях, симпозиумах. В их числе: всесоюзные конференции по проблемам малых речных бассейнов и водных ресурсов, совещания географов Сибири и Дальнего Востока, конференции по прикладной географии и тематическому картографированию. В последнее время автор демонстрировал результаты работ на международных байкальских научных конгрессах в Улан-Удэ (1999), Шнеевердингене (1999), на Дне природы Германии (Ганновер, 2002). Была проведена презентация материалов на российско-германских конференциях по проблемам ландшафтного планирования (Иркутск, 2001; Москва, 2002). В начале 1980-х гг. автор совместно Л.М. Корытным основал и руководил постоянным семинаром по теме "Гидрология естественных и преобразованных ландшафтов". Другим постоянно действующим семинаром стал российско-германский семинар по проблемам создания и реализации инструментов экологически ориентированного планирования в России. Его работа началась в 1994 г. в ходе выполнения крупномасштабного проекта "Экологически ориентированное планирование землепользования в Байкальском регионе". Организатором проведения семинаров с немецкой стороны является Федеральное ведомство охраны природы Германии (профессор, директор А. Винкельбрандт) с российской - Институт географии СО РАН (А.Н. Антипов). Ежегодно проводится 2-4 семинара последовательно в России и в Германии.
Автором в рамках апробации научного направления опубликовано 62 работы, включая монографические издания и картографические произведения, в том числе серия публикаций под общим названием "Гидрология ландшафта».
Под руководством и редакцией автора подготовлены "Экологическое зонирование Байкальской природной территории" (2001), гидрологический раздел Экологического атласа Иркутской области (находится в издании).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, основных выводов и списка литературы (299 наименований). Объем рукописи 270 страниц, в том числе 60 рисунков и 38 таблиц.
Элементы гидрологического режима таежных биогеоценозов
Апробация методических экспериментальных гидрологических приемов исследования проведена применительно к двум элементам ландшафтно-гидрологической иерархии -элементарному участку (биогеоценозу) и участку (элементарному склону). Указанные объекты представляют собой основные структурные элементы ландшафтно-гидрологической организации бассейна р. Балахты. Детальный анализ закономерностей формирования элементов и структуры гидрологического режима проведен для биогеоценозов склона северной экспозиции. Ключевые объекты - березово-сосновый лес на привершинной поверхности (верхняя часть склона), сосново-лиственничный лес на педименте (средняя часть) и влажный разнотравный луг на делювиальном шлейфе склона. Экспериментальные гидрологические исследования проводились в соответствии с методическими принципами, изложенными в разделе 2.3. Одновременно изучались природные компоненты - факторы формирования гидрологических процессов: микроклимат, растительность, почвенный покров, рыхлые отложения и подстилающие породы (рис. 2.3). В основе всего анализа положены данные активных экспериментов, проведенные автором в 1970-е гг. В последующие годы проводились эпизодические наблюдения за некоторыми воднобалансовыми элементами, прежде всего за речным стоком и атмосферными осадками. Одновременно фиксировались изменения в природной структуре речного бассейна. Поступление влаш в экспериментальные биогеоценозы осуществляется в основном с вертикальными осадками. В среднем за 1971-1977 гг. их величина составила 517 мм, что меньше нормы из-за включения в исследуемый интервал большого числа сухих лет (1974-1977 гг.) (табл. 2.3). Во влажные годы (1971-1972 гг.) количество осадков, как правило, превышает 700 мм, в сухие уменьшается до 500 мм. Наибольшая сумма осадков зафиксирована в летние периоды (в среднем 46 % годовой суммы), наименьшая - зимой (7 %).
Величины осадков за месяц имеют значительные амплитуды колебания - от 5 до 20 зимой до 100-200 мм и более летом. Самый влажный месяц - июль, а в отдельных случаях август, наиболее сухие - зимние месяцы или март. Максимальные суточные величины осадков отмечены в летний период - абсолютный максимум наблюдался 12 июля 1971 г., когда выпало 82 мм. Среднесуточная сумма осадков за пятилетний период составляет 5,2 мм, увеличиваясь в июле до 9,6 и уменьшаясь зимой до 1,6 мм. В период летних обложных осадков, вызывающих паводки на реках, их среднесуточное количество может возрастать до 15 мм. Самая типичная интенсивность выпадения осадков для района исследований изменяется в пределах 0,01-0,06 мм/мин, с такой интенсивностью выпадает до 90 % жидких осадков. Дожди с интенсивностью более 0,5 мм/мин резко увеличивают эрозионную деятельность потоков, а в отдельных случаях переходят в град. Абсолютный максимум интенсивности составил 2 мм/мин. Величина задержания жидких атмосферных осадков наземными органами растений в зависимости от характера растительности может колебаться в широких пределах - от 10 до 50% и более [Молчанов, 1973]. Процесс задержания осадков каждым видом растительности индивидуален.
Для оценки этих особенностей применялся метод искусственного дождевания образцов [Протопопов, 1963], позволяющий для каждого вида растительности дать величину его предельной задерживающей способности. Результаты опыта могут быть представлены в виде следующего соотношения. Первая строка - название породы, далее - предельная задерживающая способность в граммах аккумулированной влаги на 1г образцов кроны (вторая строка) и в миллиметрах слоя относительно проекции кроны модельного дерева (третья строка) Береза Осина Пихта Сосна Кедр Изменение соотношений для предельной задерживающей способности связано с весом кроны или, точнее, с ее «объемной плотностью» в понимании Л. К. Позднякова и др. (1969). Еще меньше значение предельной задерживающей способности кустарников (в среднем для всех видов 1,6 мм) и живого напочвенного покрова (0,7 мм). Процесс естественного насыщения крон прослеживается при сопоставлении плювио-грамм осадков на открытом месте и под кронами деревьев. При осадках 7 мм с интенсивностью 0,035 мм/мин они проникают под крону осины через 15 мин, а под крону кедра -через 35 мин; при осадках 10 мм несколько большей их интенсивности (0,06 мм/мин) эти величины составили 5 и 30 мин. Кедр почти полностью перехватывает первые 3,0 мм осадков, а осина - несколько меньше 2,0 мм.
Значительно уменьшается интенсивность осадков под кронами: кедра - более чем на 70, осины - на 20%. Оценка влияния породного состава по данным экспериментальных исследований может проводиться и путем решения системы уравнений следующего вида: где ая - вес кроны всех экземпляров древесной породы ( п - пихта, л - лиственница, кедр, с - сосна, ос - осина, б - береза) для биогеоценозов, нумеруемых от 1 до п, кг/га; х - удельное задержание жидких осадков на единицу веса кроны древесной породы, мм/кг, Дх- суммарное задержание осадков растительностью биогеоценоза п за дождь, мм. Решение системы проводилось по данным для шести биогеоценозов с проверкой результатов по седьмому для 50 дождей. Величина удельного задержания осадков в зависимости от их количества изменяется, но соотношение между его величинами устойчиво - более всего задерживает пихта, затем лиственница, сосна, береза, осина, кедр. Такой же ряд получен при дождевании образцов. Величина удельного задержания, как и пре дельная задерживающая способность, используется при создании расчетных зависимо стей. Сопоставление величин предельного и естественного задержания влаги, особенно за многолетний период, позволяет получить достаточно тесную связь между ними (рис. 2.6, а).
Особенности ландшафтно-гидрологических систем долины Нижнего Иртыша
В пойме Иртыша главным фактором, влияющим на все природные режимы, является режим затопления речными водами пойменных ландшафтов. Основным индикатором режима затопления служит растительность. Данная взаимосвязь объяснима с точки зрения физиологии растений. Каждый вид существует только в определенных экологических условиях, даже незначительное нарушение которых приводит к элиминации вида из состава сообщества (закон минимумов Либиха). Особенно толерантность (способность выдержать воздействие) проявляется на низших иерархических пространственных уровнях природных комплексов (биогеоценозы, урочище и т. д.), где наиболее четко проявляется зависимость структуры растительного сообщества от режима затопления и подтопления речными водами. mМетодика сбора информации основана на принципе комплексного профилирования (Антипов и др.,1983). Выбор профилей производился с учетом следующих условий: 1) полный охват всей экологической амплитуды поймы (нижний, средний и верхний ярусы); 2) включение в границы профиля типичных природных образований (репрезентативность); 3) возможность технического обеспечения программы комплексных исследований; 4) минимальная протяженность с соблюдением первых трех условий; 5) возможность использования данных наблюдений гидрометеорологической сети, гидрогеологических, болотных и других станций, стационаров. На профилях проведена детальная плановая и высотная съемка, картирование всех природных компонентов (растительности, почв), стратиграфия зоны активного водообме- на, уровней залегания грунтовых и болотных вод. Для каждого компонента получены количественные признаки: для растительности - таксационные и биометрические параметры древесного яруса, структура и масса травянистых растений; для грунтовых вод - основные закономерности динамики; для стратиграфии - глубина залегания водовмещаю-щих пород и водоупоров.
Не менее важна точность расчета характеристик уровенного режима Иртыша в условиях редкого расположения водомерных постов. Для интерполяции данных уровенного режима двух гидропостов с длительным периодом наблюдения в точке пересечения профилей с руслом реки использованы уравнения неустановившегося движения воды. Расчеты по программе, составленной Институтом гидродинамики СО РАН, выполнены А. В. Рагозиным для конкретного участка реки с введением соответствующих параметров, отражающих морфологию русла, конечные и граничные условия. В итоге для профилей получены характеристики уровенного режима весеннего половодья за период 1936-1982 гг. Аналогичные расчеты проведены и для межени (рис. 3.3). Из полученной информации следует, что уровенный режим Иртыша в нижнем течении характеризуется значительной амплитудой, определенной высоким подъемом воды в период весеннего половодья. Можно выделить ряд лет низкой обеспеченности (1941, 1948, 1957, 1970, 1979 гг.), для которых амплитуда колебания составила более 10 м. В то же время в гидрофафе выделяются и периоды малой водности с амплитудами менее 5- 7 м (1936, 1945, 1952, 1954, 1967 гг.). Подъем воды начинается, как правило, в апреле -мае и завершается в августе - сентябре, т. е. половодье характеризуется длительностью и значительной высотой подъема уровня, что, в свою очередь, приводит к продолжительному затоплению поймы. Для описания режима затопления поймы предложена система номограмм (рис.3.4), построенных для каждого профиля с учетом его высотных отметок, которые отражают следующие зависимости:
Комплексное профилирование проведено на различных участках поймы Иртыша на отрезке от Тобольска до Ханты-Мансийска (рис.1). Результаты экспериментальных исследований использованы для разработки и апробации индикационных зависимостей между режимом затопления и структурой растительности. В качестве примера ланд-шафтно-гидрологического анализа рассмотрен профиль, расположенный в районе дер. Миссия (120 км от Тобольска потчению реки), наиболее обеспеченного информацией. Согласно топографической съемки, диапазон отметок на профилях и пробных площадях составляет 33,50 м (урез воды в Иртыше на 8-10 августа 1980 г.) - 42,25 м (долинный пихтовый лес). Расположение объектов и точек наблюдений приводится на рис. 3.5, составленном с использованием аэроснимков и геоботанической карты (по материалам И. С. Ильиной, Н. С. Лязгуновой) путем наложения на них планов и вертикальных профилей топографической съемки. На этой основе и в соответствии со структурой почвенного покрова выделяются следующие пойменные комплексы. Комплекс I включает песчаный пляж, невысокие гривки и ложбины на отметках 39-40 м, соответствующих уровням половодий в годы с водностью выше средней, прирусловой вал высотой до 40,5 м и широкую ложбину, тальвег которой врезан до глубины 37-37 м. Комплекс II состоит из выположенных поверхностей высоких грив (с отметками выше 42 м), которые ниже по течению расчленяются неглубокими ложбинами с отметками тальвега 38,5 - 39,5 м. Они заполняются водой только в годы с экстремально высокими половодьями. Комплекс III образован серией невысоких грив и стариц, вершины которых находятся на одном уровне (около 40 м), а днища врезаны на глубину 37,5 - 38,5 м. Комплекс IV включает прирусловые валы брошенного русла Иртыша и заполняющиеся речными отложениями понижения между ними и озером. Диапазон отметок составляет 38,5-42 м, считая от тальвегов ложбин до вершин грив. Комплекс V представлен краевой частью шлейфа первой надпойменной левобережной террасы Иртыша с отметками, превышающими уровень воды в многоводные годы (около 40 м); при экстремальных половодьях подвергается затоплению.
Примечательно, что в наиболее автоморфных, а также полугидроморфных местоположениях, находящихся в наименьшей пространственно-временной зависимости от режима поемности, в верхней части почвенной толщи имеет место подзолистый процесс -характерный природный признак южнотаежной подзоны (рис.3.6). Однако развитие этого процесса в профиле почв на пойменных гривах, в отличие от водоразделов, ограничено воздействием на нижнюю часть профиля почвенно-грунтовых вод. Постоянство их уровня определяется наличием водоупора, а изменения связаны с режимом поемных вод, создающих периодическое подтопление грив.
Ольхонский полигон
Ландшафтно-гидрологическое районирование Ольхонского района междуречья осуществлялось в три этапа.1. Оценка величин стока характерных ландшафтных комплексов речных бассейнов и выделение СФК. 2. Генерализация СФК в ландшафтно-гидрологические комплексы (ЛГК) по близости модулей стока. 3. Выделение ландшафтно-гидрологических систем (ЛГС), включающих зональные и поясные ЛГК, закономерно сочетающиеся в пределах ограниченных территорий. При этом районирование модельной территории включает решение следующих задач: - выявление ландшафтов, ответственных за крупные вариации количественных и качественных характеристик стока; - определение соответствия гидрологических и ландшафтных границ; - изменение гидрологических границ и областей с однородными механизмами формирования стока при различных режимах увлажнения; - выявление ландшафтных параметров, управляющих эколого-гидрологическим состоянием бассейна реки. В данной постановке наряду с оценкой водно-ресурсного потенциала территории основной проблемой становится пропноз его изменений при изменениях природной обстановки. Для Ангаро-Ленского междуречья в качестве ландшафтной операционной единицы выбраны основные группы и классы фаций, положенные в основу ландшафтной карты масштаба 1:500 000 (автор Коновалова Т.И.). В легенде наряду с физиономическими характеристиками растительных сообществ, указана их высотная дифференциация, что позволяет проследить масштабные сочетания ландшафтно-гидрологических характеристик (в частности, модулей стока) различных элементов бассейна - водораздельных, склоновых и долинных комплексов.
Территория Ольхонского района представлена разнообразными типами ландшафта - от гольцевых и горно-таежных до степных. В районе находятся три основных реки, ряд малых рек и временных водотоков, озера и болотные комплексы. Стационарные гидрологические наблюдения проводились Гидрометеослужбой на трех основных реках - Анге, Бугульдейке и Сарме - в течение коротких периодов време ни с 1960 по 1993 гг. Остальные водные объекты не изучались в моголетнем разрезе. Для проведения ландшафтно-гидрологических исследований в качестве исходной информа ции были использованы данные гидрологических ежегодников и другие справочные ма териалы (Многолетние данные ...,1986; Ресурсы 1973). Дополнительно проведены гид рометрические съемки рек Таловка и Бугульдейка в 1987-1988 гг., а также гидрометриче ские и гидрохимические съемки рек и озер в 1994-1995 гг. Кратковременность рядов наблюдений затрудняет анализ многолетней цикличности речного стока и режима озер. Основные реки, формирующиеся в гольцовой и горнотаежной ландшафтных зонах, определяют гидрографический рисунок территории. Менее значимые реки имеют зону формирования стока также в горно-таежном поясе с высотой около 900 м над уровнем моря.
Водный режим рек обусловлен количеством атмосферных осадков и типами стоко-формирующих комплексов. Осадки имеют цикличность 6-16 лет с явным повышением величин в последние годы (1991-1995) и с амплитудой годовых сумм от 109 до 350 мм для метеопоста Сарма и от 139 до 350 мм -для пос. Бугульдейка. Количество осадков, выпадающих в теплый период года, составляет 80-90 % от общей суммы. В зимний период осадки незначительны. Для каждого комплекса определялись стокоформирующие свойства. Пространственное сопряжение таких комплексов в границах водосборов определяет гидрологический режим постоянных и временных водотоков. Наиболее высокими стокоформирующими свойствами обладают горно-таежные комплексы на слабо- и среднерасчлененных склонах, наиболее низкими - равнинные степные ландшафты, Таким образом, основные черты гидрологического режима рек формируются в средне- и высокогорных таежных ландшафтах. Подтаежные, лесостепные и степные низкогорные и подгорные комплексы относятся к зоне формирования временных водотоков и перераспределения стока. Болотные комплексы - это зона аккумуляции и перераспределения стока; гольцовые и подгольцовые ландшафты слабосточные и участвуют главным образом в формировании подземных вод. На гидрологический режим водных объектов оказывает влияние вся совокупность СФК, находящихся в границах водосбора. Поэтому реки района не могут быть отнесены к какому-либо определенному типу. Им присущи половодья и паводки, наледные и карстовые явления, большой объем подруслового стока. На данной территории половодье формируется с середине до конца апреля и длится 15-20 дней. Паводочный сезон обычно наступает сразу после половодья или на его спаде и продолжается 3-4 месяца, пики стока следуют один за другим. В этот период в многоводные годы происходит, как правило, 60-80 % годового стока. Паводочный режим отличается крайней неравномерностью. Наводнения, наблюдающиеся на реках в период высокой водности, обычно не приводят к серьезным экологическим и хозяйственным последствиям. Но в степных и лесостепных зонах, где происходит интенсивное вытаптывание скотом почвенно-растительного покрова, отмечается образование оврагов (о. Ольхон, бассейн р. Таловка и др.). При месячной сумме осадков более 100 мм или суточной более 40 мм создаются условия для линейного размыва. В экстремальных ситуациях на реках отмечаются факты смыва небольших мостов, изоляция некоторых населенных пунктов (Сарма, Онгурены, Кочериково) потоками, нарушение дорог. На о. Ольхон в результате переувлажнения фунтов происходит блоковое сползание прибрежных грунтовых масс. Кроме этого, в многоводные периоды наблюдается активный смыв загрязняющих веществ в прибрежных зонах оз. Байкал и на придолинных участках рек. В результате идет загрязнение бытовыми и иными отходами рек и оз. Байкал.
Неравномерность распространения водных ресурсов в Ольхонском районе создает проблемы с водообеспечением. Это является одним из лимитирующих факторов социально-экономического развития территории. Общий водный ресурс в среднем за год для района составляет 0,5 км3, что соответствует 100 тыс. л/чел. (Современное состояние..., 1992). Многие поселения находятся вдали от постоянных водотоков и вынуждены использовать подземные воды. В связи со сложностью инженерных решений (волновая деятельность, перемерзание коммуникаций) сильно затруднен забор воды из рек и оз. Байкал. Поверхностные воды используются для орошения, коммунальных нужд, животноводства и рекреации. Сельскохозяйственные участки, расположенные в степных и лесостепных районах, требуют дополнительного увлажнения. Для этого используется сеть поливных каналов (бассейны рек Хейрем, Кочериково, Глубокая Падь), поливные установки (о. Ольхон). Забор на коммунально-бытовые нужды и сброс воды осуществляется без предварительной подготовки и без последующей очистки. По ряду характеристик (табл.4.1.) качество поверхностных вод превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК). Так, содержание фенолов в воде рек Кучелга, Сарма, Глубокая Падь превышает ПДК соответственно в 14,8 и 20 раз, р. Анги - в 2 раза. Для озер также характерно превышение ПДК по фенолам: оз. Гызги-Нур - в 16 раз, оз. Намши-Нур - в 4-16 раз. Содержание нефтепродуктов в речных водах ниже ПДК, содержание взвешенных веществ в основном близко к ПДК. В озерных водах содержание взвешенных веществ изменяется от 1,86 (оз. Ихе-Нур) до 6,13 г/л (оз. Гызги-Нур). Таким образом, некоторые водные объекты обладают качеством вод ниже питьевых и рыбохозяйственных стандартов по ряду показателей.
Ландшафтно-лимническое районирование Западной Сибири
Озерные комплексы относятся к числу наиболее типоморфных элементов Западной Сибири, индуцируя и определяя направленность гидрологических процессов. Их генетические, морфометрические и другие характеристики отражают специфический режим водообмена на значительных территориях и в совокупности с болотными массивами свидетельствуют о тенденциях в воднобалансовых соотношениях к аккумуляции влаги. Озерные комплексы хорошо выражены физиономически, имеют ряд морфологических особенностей, хорошо отображенных на картографических материалах и аэрокосмических снимках, что способствует их использованию в ландшафтно-гидрологической классификации как интегрального объектного показателя этой процедуры. В то же время ландшафтно-лимническая классификация имеет и собственное значение как частный срез гидрологической организации региона.Типизация и районирование озер Западной Сибири имеет большую историю своего изучения. Большинство существующих схем разнообразны по масштабности пространственного анализа, исходной информации и принципам разработки. В целом в той или иной степени многие авторы, такие как Кесь А.С., Качурин СП., Рихтер Г.Д., Земцов А.А. и др., основывались на типолого-генетической концепции, характеризуя с этой позиции как отдельные районы, так и весь регион в целом. Тем не менее взаимосвязь каждого генетического типа с другими компонентами ландшафта - климатическим фоном, почвенно-растительным покровом, геохимическим режимом - как правило, не учитывается.
Б.Б. Богословский (1959) за ведущий признак классификации взял особенности стока и структуру водного баланса и на этой основе разработал типолого-гидрологическую оценку озер. В качестве ее достоинства можно считать то, что автор объединил в единую конструкцию типизации лимнический и ландшафтный факторы, но на региональном уровне. Роль локальных природных условий, которые превалируют во взаимосвязях озерных образований, принижена или не учитывается вообще. Одним из наиболее часто употребляемых подходов является, заложенная еще в начале века в работах Е. Науманна и А. Тинеманна, типолого-трофическая концепция оценки озер. Она предполагает наличие прямой связи между количеством биогенов и биологической продуктивностью водоемов, хотя, как замечает В.Н. Абросов (1967), биогенные вещества в озерах находятся постоянно в состоянии динамического преобразования, т.е. прямое определение их количества не отражает полной картины их функционирования. Ф. Ленц и Н.П. Липин дополнили концепцию Науманна-Тинеманна, использовав как классификационный признак комплекс водных беспозвоночных животных. Е. Раунд при отнесении водоема к определенному трофическому типу учитывал водорослевый состав. С этих позиций озера Западной Сибири проанализированы многими авторами (Жадин, Герд, 1961 и др.), но они более широко привлекали ихтиологические элементы. В работах Г.К. Корсакова и А.А. Смиренского (1978 г.) особое внимание при типологии уделено характеру зарастания озер и емкости тростниковых зарослей.
В.Н. Абросов (1967) при типолого-биогидроценотической оценке озер рассматривает их в тесной связи с жизнью ландшафта. В основе его концепции лежит идея возвратного развития биогидроценозов и учет экологической сукцессии при изменении среды в водоемах. При этом дается количественная оценка баланса вещества и энергии на разных этапах развития биогидроценозов, что позволяет определить географические закономерности распределения озер по типам развития и стадиям жизни. Недостатком такого анализа является преобладание биологического аспекта, что неприменимо к условиям высокой минерализации водных масс многих озерных образований Западной Сибири. Типолого-гидрохимическая классификация разрабатывалась многими авторами (Але-кин, 1970; Максимович, 1955; Баранов, 1961). С их позиций каждый тип озера представляет собой сложную и динамическую физико-химическую систему, соотношение элементов в которой обусловлено географическими особенностями водосборного бассейна. Гидрохимическая типология проведена А.А. Дзенс-Литовским (1959) и Ю.Л. Никольской (1961), которые разделяют все озера юга Обь-Иртышского бассейна по минеральному накоплению на три типа: карбонатный, сульфатный и сульфатно-хлоридный.
Можно привести и ряд других свойств озер по классификационным признакам: составу донных отложений (Алабышев, 1932; Кордэ, 1956); термике (Китаев, 1984); величине площади водной поверхности (Иванов, 1948); особенностям циркуляции водных масс (Хатчинсон, 1969); связи с фунтовыми водами (Квасов, 1961; Кузин, 1953); морфологии и морфометрии (Поползин, 1967).
Л.Л. Россолимо (1964) считает, что наиболее важным типологическим признаком является комплекс совершающихся в водоеме процессов превращения вещества и энерти. Причем накопление вещества и энергии составляет основную черту этого объекта как географического комплекса. К сожалению, автор не приводит количественных показателей для разграничения типов озер по этому признаку. Поэтому понятие «озерное накопление» не несет четко определенной смысловой нагрузки.
Вслед за Л.Л. Россилимо А.Г. Поползин (1965) принимает этот же показатель за основной типологический признак, поскольку, по его мнению, зональные особенности гидрологического режима, гидрохимия и биологическая жизнь имеет для водоемов основное значение. Поэтому именно эти характеристики, а не генезис, морфометрия и морфология, должны лежать в основе классификационных построений. Исходя из этой позиции, А.Г.Поползин (1965) для юга Западной Сибири выделяет четыре лимнологических типа: аллохтонные, с преимущественно органическим сапропельным типом накопления северной лесостепи; аллохтонные, преимущественно с минеральным карбонатно-сульфатным типом накопления южной лесостепи; автохтонные, с минеральным сульфатно-хлоридным типом накопления с преобладанием в водоемах сульфатов; автохтонные, с минеральным сульфатно-хлоридным типом накопления с преобладанием хлоридов. Помимо этого выделяется зональный пятый тип озер - антропогенный аллохтонный тип накопления вещества за счет эрозии почв (лесостепь и степь). Общее количество озер Западной Сибири подсчитать крайне трудно. По А.Г. Попол-зину (1977), оно составляет 500 тыс., по Н.П. Белецкой (1985) - 234 тыс., по данным А.А. Земцова (1975), только в тундре, лесотундре и лесоболотнои зоне Западной Сибири их число составляет 788043. В справочном издании «Реки и озера Советского Союза» (1971) называется цифра 826770, К.Е. Иванов (1975) приводит другие данные - свыше 800 тыс. и отмечает, что «если учитывать все более мелкие водоемы, то их число возрастет в несколько раз» (с.254). Для подсчета числа озер в различных географических зонах и других природных системах был использован «объективно выборочный способ», который заключался в подсчете озер и оценке их характеристик для квадратов, равномерно распределенных по территории. Площадь квадрата занимает 25 % листа карты масштаба 1:300 000, что в зависимости от его расположения составляло от 3660 до 6825 км2. Таким образом, оценена четвертая часть территории Западной Сибири. Площадные характеристики определялись с помощью палетки с ценой ячейки 0,36 км2/мм2. Одновременно измерялись площади болотных массивов, длина их контура и длина речной сети. Все полученные площадные характеристики озер разбиты на градации (в км2) - менее 1; 1-3; 3-5; 5-Ю; 10-20; 20-50; 50-100 и более 100. Всего на этой части территории было насчитано 173493 озера с площадью более 0,5 га, что соответствует для всего региона величине 693972. Преобладающее большинство озер Западной Сибири имеют площадь менее 1 км2. На их долю приходится 98,2 %, что соответствует 72,8 % общей площади водной поверхности (табл. 5.1, 5.2). Площадь более 100 км2 имеют 0,01 % озер. Самое крупное озеро -оз. Чаны (1990 км2).
