Многолетние колебания стока рек Новосибирской области

Таким образом, практически вся территория Новосибирской области достаточно обеспеченна теплом. Что же касается увлажнения, то величина атмосферных осадков во многих районах для развития сельского хозяйства часто недостаточна. При этом дефицит влаги резко увеличивается в южных районах области

1.4 Почвы и растительность

Почвенный покров области разнообразен и сложен по своему строению и составу. Распространение почв подчинено широтной зональности на всей территории и вертикальной поясности - в районе Салаирского кряжа.

На севере области, в заболоченной подтаежной зоне, распространены дерново-подзолистые почвы, но чаще всего подзолисто-глеевые и луговые. Болотные почвы занимают господствующее положение. В бассейне Тары, например, они занимают 70% площади. В Центральной Барабе, изобилующей многими реками, озерами и болотами, около четверти территории занимают болотные почвы и почти столько же - засоленные почвы и солонцы. Пахотнопригодные земли, представленные черноземами, а также солонцеватыми и осолоделыми почвами, занимают лишь 20% площади.

В южной части Барабы по гривам и различным повышениям располагаются лучшие пахотные земли района. В основном это различные подтипы южных и обыкновенных черноземов. Почвы межгривных понижений обычно засолены [9].

Районы, прилегающие к Оби, характеризуются довольно пестрым почвенным покровом. В долинах рек распространены песчаные и супесчаные почвы. Часто встречаются черноземы выщелоченные, лугово-черноземные почвы, серые лесные почвы, дерново-подзолистые. Изредка встречаются осолоделые почвы, солоди, солонцы или болотные почвы. Черноземы к северу переходят в лугово-черноземные и оподзоленные почвы.

В Присалаирье распространены серые лесные почвы, черноземы, дерново-подзолистые, лугово-черноземные и луговые.

Растительный покров области также разнообразен, в нем насчитывается до 2000 видов растений, в числе которых более 20 видов деревьев и свыше 50 кустарников.

На севере территории, наиболее дренированные участки заняты лесами из кедра, ели, пихты. К сравнительно сухим участкам приурочены также березовые леса или осиново-березовые травяные леса. Болота занимают здесь более 60% площади. Распространены моховые и осоковые водораздельные болота, сфагновые, осоко-гипновые, гипновые - открытые или облесенные, а также карагайники - чередующиеся участки облесенных и открытых болот. В Барабинской лесостепи также много болот - осоковых, тростниковых, вейниковых. Распространены березовые и осиновые колки. На юге Барабы и в Кулундинской степи растительность представлена разнотравно-типчаковыми и типчаково-ковыльными степями. Распространены голофиты, полукустарниковые солянки. Территория этой части области наиболее распахана (до 60%) и значительно подвержена ветровой эрозии. В лесостепи Приобъя земли также значительно распаханы. В разнотравно-луговой растительности много злаков: ковыль, мятлик, тимофеевка и другие. По долинам Оби, Ини, Берди и древним ложбинам стока на песчаных и супесчаных почвах распространены сосновые леса, а верхние части склонов и водоразделы заняты осиновыми и березовыми лесами. На юго-востоке области отроги Салаира покрыты пихтово-осиновой тайгой. Сельскохозяйственными угодьями в области занято 8,6 млн. га (4,8%), из них под пашней 4,0, сенокосами 2,4 и пастбищами 2,2 млн. га [7].

1.5 Гидрографическая сеть

По гидрографическому признаку Новосибирская область делится на три части: восточную, непосредственно относящуюся к системе р. Оби, северо-западную, принадлежащую к системе Иртыша (бассейны рек Оми и Тары), а также центральную и южную группу районов, расположенную в бессточной зоне, или точнее, в зоне замкнутого стока Обь-Иртышского междуречья (рисунок 1.1). Так же на данном рисунке показаны расположения действующих постов, рассматриваемых в дипломной работе.

Речная сеть в пределах области в зависимости от климатических и других

природных факторов, развита неравномерно. Общее число рек, длина которых превышает 10км, составляет 430. Более 100 км имеет протяженность 21 река [10].

С севера на юг восточную часть области четырехсоткилометровой полосой прорезает река Обь. Долина Оби, ширина которой достигает здесь 20км и более, представляет особый элемент ландшафта, имеющий своеобразные почвенно-климатические и другие природные особенности. Основную часть долины занимает двухступенчатая пойма, расчлененная многочисленными старицами. В долине четко выделяются три надпойменные террасы, и местами менее ясно выраженные - четвертая и пятая. Русло Оби, сложенное преимущественно рыхлыми аллювиальными отложениями, отличается сильной деформацией, изобилует многочисленными островами и отмелями.

В 1950 г. на реке Оби выше Новосибирска началось строительство гидроэлектростанции. В ноябре 1956г. река была перекрыта плотиной, весной 1957г. началось заполнение водой нового водохранилища, достигшего проектной отметки к июню 1959г [11]. После сооружения Новосибирской ГЭС в пределах

Новосибирской области на Оби выделилось три участка. Верхний сравнительно небольшой участок от южной границы области до города Камень-на-Оби. Река течет здесь в северо-западном направлении, имеет широкую левобережную пойму и сильно разветвленное русло. Второй средний участок Оби до Новосибирска представлен водохранилищем Новосибирской ГЭС и третий -

р. Обь от плотины ГЭС до северной границы области также характеризующаяся широким разветвленным руслом и обширной левобережной поймой.

Речная сеть правобережья является самой развитой в области. Густота ее достигает 130 м/км2. Реки протекают здесь по пересеченной местности и имеют значительные уклоны и скорости. Из рек, впадающих на участке Оби выше водохранилища, выделяется Нижний Сузун, в водохранилище впадают река Бердь и более мелкие реки (Каракан и другие). Длина Берди составляет 400 км, ее притоки - Суенга, Ик, Чем носят горный характер. К предгорным рекам относятся Елбаш, Чесноковка, Тальменка, Елбань, Укроп, Шипуниха, Койониха и другие. Ниже водохранилища в Обь впадает другой крупный приток Оби - р. Иня. Длина ее составляет 800 км, из них около 300 км в пределах Новосибирской области. Основные притоки Ини: Тарсьма, Кайлы, Порос, Лебяжья, Ояш и другие.

1.6 Источники питания и типы водного режима рек

Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Роль и количество воды, которое полу чают реки от того или иного вида питания, различны для разных рек и меняются по сезонам года. Эти различия зависят в основном от климатических условий данного района - режима осадков и температуры воздуха в течение года.

Питание рек поверхностными водами подразделяют на следующие виды: дождевое, снеговое, ледниковое и смешанное.

Дождевое питание характеризуется слоем выпавших осадков (мм), продолжительностью, интенсивностью выпадения, и площадью распространения.

Дождевые осадки не полностью поступают в реку, часть из них теряется на испарение и впитывание в землю. На величину поверхностного питания реки от дождей влияет интенсивность, продолжительность и частота выпадения осадков, водопроницаемость грунтов, слагающих бассейн, растительный покров, размеры речного бассейна и рельеф его склонов.

Снеговое питание характеризуется толщиной снежного покрова и его плотностью. Снег, в зависимости от толщины снежного покрова и плотности, может при таянии привести к увеличению слоя воды.

Следует различать процессы снеготаяния и водоотдачи снежного покрова, то есть поступление не удерживаемой снегом воды на поверхность почвы. Снеготаяние начинается после достижения температуры воздуха положительных значений и возникновения положительного теплового баланса на поверхности снега.

Ледниковое питание имеют реки, вытекающие из районов с высокогорными ледниками и снежниками. Вклад ледникового питания в речной сток тем больше, чем больше доля площади бассейна занятая ледником.

Смешанное питание рек является самым распространенным и обусловлено участие различных видов питания реки в течение года.

Питание рек подземными водами определяется характером взаимодействия грунтовых и речных вод, либо осуществляется непосредственным выходом грунтовых вод в речное русло. Доля подземного питания рек колеблется в значительных пределах - от 0 до 40%, иногда до 60% общего годового питания рек. Запасы подземных вод пополняются в основном весной в результате просачивания талых вод, а так же частично и осенью от выпадающих дождей.

В годовом цикле колебания стока рек различают следующие основные фазы водного режима: половодье, паводок, межень. Продолжительность и характерные особенности этих фаз определяются изменением питания рек в течение года, которое в свою очередь зависит от климатических условий речного бассейна.

Половодье - эта фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в данных климатических условиях, в один и тот же сезон и характеризующаяся наибольшей водностью, высоким и продолжительным подъемом уровня воды. Половодье формируется как талыми снегами, так и дождевыми водами. Отсюда выделяют следующие виды половодья:

1. весеннее половодье - образуется в результате таяния снега, накопленного за зиму в бассейне реки. Оно представляет собой основную фазу водного режима для рек преимущественно снегового типа питания. Продолжительность подъема и спада зависит от размеров площади водосбора, уклона местности, развития речной сети, запасов снега и интенсивности снеготаяния.

2. летнее половодье - характерно для рек муссонного климата. В результате длительных дождей возникают большие наводнения.

Паводки - это фаза водного режима, которая может многократно повторяться в различные сезоны года и характеризуется интенсивным обычно кратковременным увеличением расходов и уровней воды и вызывается дождями или снеготаянием во время оттепели. Здесь выделяют осенние дождевые паводки, которые вызываются обложными дождями.

Такие паводки ежегодно имеют место на реках Западной и Восточной Сибири, Русской равнины и в других районах.

Межень - это фаза водного режима, ежегодно повторяющаяся в один и тот же сезон и характеризующаяся малой водностью и длительным стоянием низкого уровня. В межень реки обычно питаются только за счет подземных вод. На многих реках выделяют два периода пониженного стока:

1. летняя межень - наступает после половодья и заканчивается осенью. Источниками питания рек являются подземные воды и дожди

2. зимняя межень - характеризуется пониженным стоком, а на равнинных реках совпадает с периодом ледостава. В этот период основным источником питания рек являются подземные воды. В теплые зимы во время оттепелей может быть дополнительное поверхностное питание за счет талых вод.

Наглядное представление о ходе колебаний расходов воды в течение года дает хронологический график, носящий название гидрограф стока (приложение А). Площадь, ограниченная линией гидрографа и осями координат, соответствует объему воды, протекшему для определенного пункта в течение года [13].

Определение доли различных источников питания рек производится путем расчленения гидрографа стока. Сведения по ряду характерных рек области приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Основные источники питания рек

2. Норма и изменчивость годового стока

Нормой годового стока называется его средняя величина за многолетний период с неизменными ландшафтными географическими условиями, относящимися к современной геологической эпохе, и с одинаковым уровнем хозяйственного освоения реки. Многолетний ряд наблюдений, по которому определяется норма стока, должен включать несколько (не менее двух) полных циклов колебаний водности реки.

Важность значения нормы годового стока заключается в том, что она является основной и устойчивой характеристикой водных ресурсов данного речного бассейна или района.

Устойчивость нормы годового стока определяется двумя условиями:

1. как средняя многолетняя величина она мало или почти не изменится, если к многолетнему ряду будет прибавлено еще несколько лет наблюдений;

2. является функцией главным образом климатических факторов - осадков и испарения и притом их средних многолетних величин, которые в свою очередь являются устойчивыми климатическими характеристиками района или бассейна.

Норма годового стока может выражаться в виде: среднего годового расхода воды Q0 в м3/с; среднего годового объема стока W0 в м3; среднего годового модуля стока М0 в л/сек с 1 км2; среднего годового слоя h0 в мм, отнесенного к площади водосбора.

В данном разделе параметры годового стока по рассматриваемым 33 рекам уточнены, даны более детально схемы карт изолиний норм годового стока и коэффициентов их изменчивости, уточнены рекомендации по расчету стока неизученных рек.

2.1 Норма годового стока изученных рек

Норма годового стока как всякая средняя арифметическая величина статистического ряда, может быть определена по формуле:

, м3/с (2.1)

Q0 - норма годового стока;

Q1, Q2, Qn - годовые величины стока за период наблюдений;

n - число лет наблюдений.

Для характеристики среднего годового стока использовались данные наблюдений за расходами воды по 20 пунктам Западно-Сибирского УГМС (управление гидрометеорологической службы). Как следует из указанной таблицы, большинство пунктов наблюдений за стоком расположено на средних реках. Наблюдения на реках с площадью водосбора менее 100 км2 отсутствуют.

Точность определения среднего многолетнего стока (нормы) по фактическому ряду характеризуется средней квадратической ошибкой:

, % (2.2)

Cv - коэффициент вариации;

n - число лет наблюдений.

Распределение значений этой ошибки, в зависимости от продолжительности наблюдений, приведено в таблице 2.1. Как видно из приведенной таблицы, некоторые пункты имеют среднюю квадратическую ошибку вычисления нормы годового стока меньше 10%.

Таблица 2.1 - Распределение значений средней квадратической ошибки вычисления нормы годового стока

Одна из реальных возможностей предварительной оценки предстоящей водности рек - анализ и учет крупных (вековых и внутривековых) циклов ее колебаний. Выявление вековых циклов колебаний стока рек имеет большое значение, так как должный учет их существенным образом может повлиять на размещение и сроки строительства новых гидротехнических сооружений, сельскохозяйственных, водохозяйственных и других объектов страны. Действительно, если бы было известно, что в одних районах в течение ближайших 30 - 40 лет будут преобладать маловодные годы, а в других - многоводные, то строительство ГЭС в начале этого периода при прочих равных условиях должно было бы развиваться преимущественно в последних, а в конце периода - в первых районах. Если в одних районах этот период времени ожидался бы с относительно малым количеством осадков и частыми засухами, а в других - с достаточным или даже часто излишним увлажнением, то характер планируемых водных и иных мелиораций сельскохозяйственных угодий в них должен быть существенно различным. Аналогичные различия должны были бы быть в развитии рыбного хозяйства, водного транспорта, рекреационных и экологических систем, крупных природных комплексов, территориального перераспределения речного стока, размещения водоемких и загрязняющих реки и водоемы предприятия различных отраслей промышленности.

Иными словами, надежное установление и учет вековых колебаний стока рек - одно из важных мероприятий повышения эффективности целого ряда отраслей народного хозяйства в конкретной ограниченной перспективе. Этим определяется и актуальность самой проблемы выявления названных циклов, соответствующих закономерностей их чередования во времени и по территории, причин возникновения.

В настоящее время не вызывает сомнения реальность внутривековых, вековых и сверхвековых циклов, хотя их параметры и природа еще далеко не выяснены. В большей степени пока изучены внутривековые и вековые циклы, что объясняется в значительной мере отсутствием материалов длительных натурных наблюдений.

Наиболее распространенным, удобным и наглядным приемом выявления крупных циклов является соответствующий анализ разностных интегральных кривых годового объема стока (рисунок 2.1). Как видно из рисунка колебания большинства рек синхронно.

Наименьший годовой сток в пределах рассматриваемой территории наблюдается на юго-запада, где его модули составляют 0,25 - 0,50 л/с·км2. Это объясняется недостаточностью увлажнения и большими потерями атмосферных осадков на испарение. Коэффициент испарения достигает здесь 0,9. По мере продвижения к северу и к северо-востоку, т. е. в более увлажненные районы, годовой сток увеличивается до 1 - 3 л/с·км2. На востоке области в зависимости от высоты местности и особенностей орографии норма годового стока изменяется от 3 до 9 л/с·км2.

При анализе связей модулей годового стока рек со средней высотой водосборов построены графики для правобережья реки Обь (рисунок 2.2), бассейна реки Омь (рисунок 2.3), для бассейна реки Иня и рек Шипуниха, Чик (рисунок 2.4), для бассейнов рек Бердь, Каргат и рек Елбань, Коен, Ояш (рисунок 2.5). По данным графикам, как и по построенным картам, можно определять норму годового стока для различных рек. Кроме этого были построены и другие графики связи (рисунок 2.6, 2.7), по которым так же можно определить норму годового стока, но для залесенных территорий.

2.2 Многолетняя изменчивость годового стока

Годовой сток рек Новосибирской области подвержен довольно сильной многолетней изменчивости. Наиболее высокая водность рек за период наблюдений отмечена в 1947 - 1949 и 1960 годах. Кроме того, для Левобережья многоводным был 1971 год, а для Правобережья 1957 год. Наименьшая водность рек всей территории была в 1952, 1967 и 1968 годах. Коэффициенты изменчивости годового стока Cv , исходя из лучшего соответствия теоретической кривой обеспеченности эмпирическим точкам, вычислялись методом моментов. И того коэффициенты изменчивости вычислены по всем 33 пунктам, приведены в таблице 2.1.