Факторы формирования минимального речного стока рек Беларуси

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВДЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ ИЗУЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНОГО СТОКА

Низкий сток как комплексное понятие в гидрологии не изучался, в той или иной степени исследовались лишь отдельные аспекты. Основное внимание обычно уделялось минимальному стоку рек [25]. В истории исследования минимального стока можно выделить несколько этапов [125]:

I. Расширение сети гидропостов и гидрометеостанций, анализ кадастровых данных, исследования генезиса формирования минимального стока - до 1960 г. (Д.И. Кочерин, Л.А. Сибирцева, А.Х. Коваль, Н.Д. Антонов, Б.В. Поляков, М.Э. Шевелев);

II. Синтез гидрологического и гидрогеологического подхода к формированию минимального стока, подготовка Справочников по водным ресурсам и издание первых нормативных документов по минимальному стоку - 1960-1970 гг. (В.А. Балков, В.А. Баранов, Н.Б. Барышников, С.Н. Боголюбов, З.П. Богомазова, А.М. Владимиров, Д.А. Данович, А.Г. Курдов, А.М. Норватов, Г.Н. Петров, Л.Н. Попов, А.А. Соколов, О.М. Сотченко, В.В. Федоров, Н.П. Чеботарев, Г.О. Чиппинг);

III. Исследования формирования и изменения минимального стока в условиях усиления антропогенной нагрузки (осушительная мелиорация, загрязнения) и изменения климата - 1970 - до настоящего времени (А.З. Амусья, А.Б. Андерсон, Н.П. Артемьева А.Г. Булавко, В.Е. Водогрецкий, А.Г. Гриневич, В.В. Дрозд, А.Г. Каска, К.А. Клюева, К.А. Лысенко, И.М. Филипппович) [1, 2, 3, 4, 8].

Впервые районирование Европейской части СССР, в том числе и Беларуси, по низким расходам воды выполнил в 1929 г. Д.И. Кочерин [80]. Эти исследования были продолжены Л.А. Сибирцевой, которая в 1937 г. опубликовала сводку о минимальных расходах воды по 280 пунктам наблюдений на реках Европейской территории СССР и провела районирование [123].

На первом этапе исследования были основаны исключительно на материалах гидрометрических наблюдений на реках главным образом средней полосы европейской части Союза и почти не учитывали связи минимального стока, что способствовало повышению точности расчетных моделей.

Комплексный подход к проблеме изучения минимального стока содержится в работах Ф.А. Макаренко [93], А.М. Норватова и др. [47, 78, 99, 100, 101]. А.М. Норватов разработал схему районирования минимального стока малых рек на основе карты районов подземного стока, составленной М.П. Распоповым [113]. Норватов А.М. отмечал большое значение гидрогеологических условий в формировании минимального стока и установил, что внутри относительно однородных по гидрогеологическому строению районов модуль минимального стока увеличивается пропорционально глубине эрозионного вреза или площади бассейна реки как тождественной характеристики. Но он ограничился только констатацией, т.к. в то время гидрогеологическое районирование было схематично и не учитывало локальных особенностей отдельных районов.

Исследование стокообразующих факторов минимального стока рек Беларуси позволило довольно подробно рассмотреть условия формирования минимального стока и предложить методы расчета минимальных модулей стока и коэффициентов вариации и асимметрии [56].

В середине 50-х годов прошлого столетия попытку генетического анализа процесса формирования минимального стока предпринял Н.П. Чеботарев [134]. Построенная им схема, основанная на теории изохрон стока, включала площадь водной поверхности речных русел, потери на испарение и ледообразование, для количественного определения которых предложены эмпирические зависимости. Эта схема оказалась слишком громоздкой. Параллельно велись исследования влияния озерного регулирования на величину минимального стока рек [124]. Также предприняты попытки долгосрочных прогнозов минимального стока для нужд водного транспорта [10, 54, 130].

Схема Н.П. Чеботарева была использована А.Г. Курдовым [84] для определения минимальных расходов воды на реках Центрально-Черноземных областей. При этом автор, стремясь получить законченное решение, оказался перед необходимостью вернуться к построению обычной эмпирической связи типа Шевелева-Антонова, введя в нее К для учета влияния местных стокоформирующих факторов [84].

Наиболее полно проблема минимального стока была рассмотрена в Государственном гидрологическом институте (ГГИ) в 1960-1966 гг. При этом задача решалась на основе синтеза гидрологического и гидрогеологического подходов к рассматриваемой проблеме.

По результатам исследований ученых ГГИ, МГУ (Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова) и ВСЕГИНГЕО (Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии) были составлены карты подземного стока в реки с учетом обширных гидрогеологических и гидрологических материалов [68, 69]. При построении карт подземного стока были учтены гидрогеологические особенности формирования подземного стока (обводненность пород, условия питания и разгрузки подземных вод, режим подземного стока). В 1966 г. В.А. Баранов и Л.Н. Попов [9, 109] разработали и построили ряд карт для минимального стока. В том же 1966 г. А.М. Владимиров в своих работах предложил схему расчета не только расхода минимального стока, но и коэффициентов вариации (Cv) и асимметрии (Cs). В основу расчета положена зависимость расхода минимального стока воды от глубины эрозионного вреза реки, но так как эту величину сложно определить, то ее можно заменить тождественной - площадью водосбора. В схеме четко различается минимальный сток холодного и теплого периодов и дается для их расчета отдельные карты и таблицы. Для расчета коэффициента вариации используется карта, а коэффициент асимметрии предлагается различать для увлажненных районов

Cs = 2 Cv,

а для засушливых -

Cs = Cv или Cs = 1,5 Cv [22-24].

А.М. Владимиров подготовил ряд Справочников и нормативных документов по минимальному стоку.

Таблица 1.1 - Модели расчета минимальных расходов воды при отсутствии данных наблюдений

Исследованиям роли эрозионного вреза водотоков в формировании минимального стока в которых сделан вывод, что величина подземного питания рек, находящихся в одной физико-географической зоне и одной геологической провинции, зависит от того, насколько отметка вреза русла близка к отметке регионального базиса эрозии посвящены работы С.Н. Боголюбова и З.П. Богомазова в 1956 г., в 1966 г. К.А. Лысенко и А.М. Владимирова, в 1983 г. В.М. Евстигнеева и А.В. Христофорова, а в 1999 В.М. Саковича [13, 23, 91, 121]. При этом отмечалось, что полный перехват подземного стока верхней зоны может осуществляться в условиях недостаточного увлажнения водотоками с площадью бассейна не менее 1000 км², а в зонах достаточного увлажнения водотоками - с меньшими площадями. К.А. Лысенко указанное положение с некоторыми изменениями использовал в работах для территорий Украины и Молдавии. В таблице 1.1 приведены основные модели расчета минимального стока.

На современном этапе - развития науки и техники, изменения климата, обострения экологической ситуации - требуется рассмотрение вопросов минимального стока через призму современных насущных проблем [19, 20, 94, 145]. Водная проблема обострилась вследствие сильного загрязнения гидросферы. Качество воды не соответствует требованиям живущих в ней организмов, непригодна для питья, купания, полива сельскохозяйственных культур и использования в промышленности. В последнее десятилетие большое внимание уделяется разработке методики и расчету «экологического стока» (Б.В. Фащевский, Н.И. Коронкевич, Ю.Н. Емельянов, А.Г. Гриневич) [7, 49, 63, 79, 127, 128]. В Беларуси уже в 70-е годы прошлого века встал вопрос «… о минимально допустимом расходе воды в реках для охраны природы» [43, 131]. В межень (летне-осеннюю, зимнюю) водные и околоводные экосистемы наиболее уязвимы. Для того чтобы не нарушить гидроэкологическое равновесие территории необходимо в реке оставить экологический сток, так как несоблюдение этого требования приведет к экологическому кризису [31, 65]. Этот расход воды называют по-разному: минимально допустимый [43, 131], природоохранный, экологический [7, 79, 128], лимитирующий [5, 20, 49], экологически достаточный [104], минимально необходимый и т.п. При этом во всех случаях подразумевается практически одно и то же - это тот расход воды, изъятие ниже которого чревато отрицательными последствиями для природных условий, нормального функционирования речного потока, хозяйственного использования и санитарных условий ниже по течению, что влечет за собой экономические издержки и экологические последствия.

Гидрологические прогнозы являются наиболее полной формой удовлетворения гидрологией запросов практики, и умелое их использование дает существенное повышение эффективности водохозяйственных мероприятий. Ознакомление с имеющимися работами по прогнозу минимального стока рек позволяет выделить несколько направлений. В основе исследований первого направления лежит положение о том, что сток последующего периода находится в определенной зависимости от стока и метеорологической обстановки предшествующего периода (В.А. Назаров, А.М. Норватов, А.А. Махнева). Второе направление базируется на выявлении периодичности в изменении стока, аналогично цикличности солнечной активности и многих элементов климата. Многочисленными работами отечественных и зарубежных авторов отмечена связь солнечной активности и макросиноптических процессов, определяющих режим погоды (А.А. Гире). Представители третьего направления исходят из того, что метеорологические условия над какой-либо территорией, находятся в тесной зависимости от погодных процессов длительного предшествующего периода на значительной территории. Процессы, приводящие к однотипным аномалиям метеорологического режима или зависящим от атмосферных условий элементов гидрологического режима, имеют сходные типовые характеристики (А.Б. Крыжановская). Работы М.И. Гуревича [54], A.M. Норватова, Л.К. Ремизовой [118] развивают комбинированный метод прогноза минимальных расходов воды летнего периода, использующий как гидрологические, так и метеосиноптические средства. С 1931 г. в Беларуси начала действовать служба гидрологических прогнозов.

В Беларуси успешно разрабатываются научные проблемы, связанные с условиями формирования стока, особенностями его распределения по территории республики, по сезонам года. На карте модулей стока для Европейской части СССР, составленной Б.Д. Зайковым (1946), указан сток рек Беларуси. Специально для территории Беларуси И.М. Лившиц по данным наблюдений по 1953 г. детально разработал карту нормы годового стока. В первый «Атлас БССР» (1958) вошли его карты «Годовой сток», «Сток за весенний и летний сезоны», «Сток за осенний и зимний сезоны». Ряд вопросов освещены Лившицем в работах «Внутригодовая обеспеченность расходов рек БССР» (1948), «Обеспеченность суточных расходов рек Полесья» (1955). Условия формирования нормы стока, минимального стока исследованы К.А. Клюевой, В.В. Салазновым. Изучению водного баланса рек и речных водосборов, методике расчета величины испарения с поверхности водоемов, влиянию мелиорации на речной сток посвящены труды А.Г. Булавко [15-18], В.Ф. Шебеко. Водный кадастр Белоруссии и Верхнего Поднепровья был составлен в 1966 г., куда вошли сведения о 142 реках и 26 озерах. С 1966 г. раз в пять лет выходили периодические издания в серии «Основные гидрологические характеристики». К 1970 г. был собран фактический материал о 145 реках и 174 озерах. Продолжались систематические наблюдения на 133 реках и 17 озерах, и полученные данные, вошли в справочник «Ресурсы поверхностных вод» (1971). Учеными Белорусского государственного университета изучена история развития озер в голоцене, произведена их генетическая классификация, определена взаимосвязь озер с водосборами, выяснены законы озерной седиментации. Значительным вкладом в озероведение Беларуси являются работы О.Ф. Якушко «Белорусское Поозерье» (1971), «Край озерный» (1978), «Озероведение. География озер Беларуси» (1981).

Главным научно-исследовательским учреждением в области гидрологии является ГУ «Республиканский гидрометеорологический центр» Департамента по гидрометеорологии. Крупным научным учреждением, ведущим разработку научно-технических обоснований комплексного использования водных ресурсов, является РУП «Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов». В институте разрабатываются методы составления и оптимизации водохозяйственных балансов, изучается взаимодействие вод и окружающей среды при водохозяйственном строительстве, влияние водохозяйственного фактора на размещение производительных сил. Вопросы гидрологии, водного хозяйства исследуются также в Республиканском научном дочернем унитарном предприятии «Институт мелиорации», проектно-изыскательском республиканском унитарном предприятии «Белгипроводхоз». Специальные гидробиологические, гидрохимические, гидрогеологические исследования водных объектов проводят ряд других научных учреждений республики.

Белорусская школа также внесла весомый вклад в исследование минимального стока [70]. В работах К.А. Клюевой [75-77] и Е.Е. Петлицкого [107, 108] рассмотрены вопросы районирования территории Беларуси по однотипным условиям формирования минимального стока, влияние осушительной мелиорации на гидрогеологический режим рек Беларуси. И.М. Филиппович довольно подробно рассматривает минимальный сток рек: основные характеристики минимального стока рек, повторяемость и продолжительность низких уровней и расходов, минимально допустимые расходы [131]. Вопросы подземного питания рек, влияние мелиорации на уровни грунтовых вод, разработка методов оценки изменений подземного питания рек Беларуси рассматриваются в работах В.В. Дрозда [59-61], С.С. Белецкого [11].

Изученность механизма формирования минимального стока в условиях изменения климата, методы расчета минимального стока для малых рек Беларуси отстают от возрастающих потребностей практики. Эти трудности в изучении минимального стока возникают из-за сложности механизма формирования минимального стока; разнообразия стокообразующих факторов, которые изменяются во времени и в пространстве; недостаточной сети гидрометрических наблюдений.

ГЛАВА 2. ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ МИНИМАЛЬНОГО РЕЧНОГО СТОКА РЕК БЕЛАРУСИ

Важнейшими факторами, влияющими на процесс формирования минимального стока, являются атмосферные осадки и подземные воды. Кроме того, на величину и режим минимального стока влияют испарение, температура воздуха и почвы, дефицит влажности воздуха, гидрогеологическое строение водосбора (инфильтрационная и водоудерживающая способность почво-грунтов, мощность и количество водоносных горизонтов, характер гидравлической связи с рекой, литологический состав водовмещающих пород), рельеф водосбора, озерность, заболоченность, лесистость. Можно выделить еще одну группу факторов, которые не принимают непосредственного участия в формировании минимального стока, но отражают влияние первых двух групп. К третьей группе относятся: площадь водосбора (бассейна) (А), средняя высота водосбора (Н_ср), уклон водосбора (i), эрозионный врез русла (ДН), густота речной сети, коэффициент естественной зарегулированности.

2.1 Геология, гидрогеология и рельеф

В связи с тем, что минимальный сток формируется в меженные периоды, когда реки переходят на грунтовое питание необходимо рассмотреть гидрогеологические условия Беларуси. Общие ресурсы подземного стока в реки Беларуси по С.С. Белецкому равны 15,9 км³/год, а долевое участие артезианских бассейнов представлено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Долевое участие артезианских бассейнов в подземном питании рек

Наибольшими ресурсами подземного стока обладает бассейн р. Днепр с р. Припять (7,8 км³/год), а наименьшими - бассейн р. Западный Буг (0,5 км³/год). В подземном питании рек наибольшее участие (65%) принимают воды четвертичных отложений. Приповерхностные и водоносные горизонты заключены в основном в водно-ледниковых и аллювиальных отложениях, представленных песками разного гранулометрического состава. Количество этих горизонтов определяется наличием морен, разделяющих отложения. Формирование подземных вод связано с постоянным и интенсивным водообменом с поверхностными водами. Основным источником питания являются атмосферные осадки. Уровенный режим подземных вод характеризуется резкими сезонными колебаниями в пределах 0,4-3,5 м. В северных и центральных районах республики в четвертичных отложениях нередко прослеживаются три напорных водоносных горизонта, а к востоку от реки Днепр и в южных районах - один, реже два. Подавляющее большинство грунтовых вод относится к гидрокарбонатно-кальциевому типу. Глубина залегания зависит от состава и происхождения покровных водопроницаемых пород. В местах конечных морен она составляет 40-100 м, в водно-ледниковых отложениях - 5-10, в л?ссовидных породах - 2-6 м. В речных поймах грунтовые воды располагаются совсем близко у дневной поверхности.

Грунтовые воды на территории республики в основном приурочены к отложениям четвертичного периода. Толща отложений четвертичного периода по геологическому строению, а также и по гидрогеологическим условиям северной части республики и южной резко различны, что дает возможность, рассматриваемую территорию разделить на два района: северный, находящийся в пределах последнего поозерского (валдайского) оледенения, и южный, расположенный за его пределами. Граница между указанными районами проходит по Оршанской и Минской возвышенностям.

В пределах северного района грунтовые воды приурочены к следующим генетическим комплексам пород: 1) грунтовые воды болотных, озерно-болотных, современных аллювиальных, древнеаллювиальных, озерно-ледниковых и флювиогляциальных отложений; 2) грунтовые воды конечно-моренных отложений поозерского оледенения; 3) грунтовые воды донно-моренных отложений поозерского оледенения.

Грунтовые воды в болотных и озерно-болотных отложениях развиты главным образом в бассейнах Западной Двины и Березины. Водосодержащими породами являются торф, реже заторфованные пески. Мощность водовмещающих пород колеблется от 0,5 до 6-10 м, уровень залегания от поверхности земли от 0,3 до 1,5 м. Питание происходит за счет атмосферных осадков. Воды слабо минерализованы, содержат большое количество органических веществ.

Грунтовые воды в современных аллювиальных отложениях пойм и ру-сел рек приурочены к пескам и гравийно-песчаным отложениям. Для Западной Двины и Верхнего Днепра мощность их не превышает 10-12 м. Водоупором являются валунные суглинки донной морены. Уровень этих вод находится в полной зависимости от метеорологических условий. Источником питания являются атмосферные осадки и речные воды. Ввиду того, что воды современных аллювиальных отложений не имеют водоупорного перекрытия и близко залегают от поверхности земли, они легко загрязняются.

Грунтовые воды в древнеаллювиальных отложениях надпойменных террас встречаются в долинах крупных рр. Западная Двина, Днепр, Березина, Друть, Вилия и их притоков. Водовмещающими породами служат пески различного механического состава, среди которых встречаются прослои глин, суглинков и погребенных торфяников. Мощность этих пород в пределах первых надпойменных террас изменяется от 5-7 до 10-18 м, на вторых - от 2-3 до 14,5 м. Водоупором служат валунные суглинки донных морен и реже прослои древнеаллювиальных глин.

В пределах первых надпойменных террас, где воды древнеаллювиальных отложений тесно связаны с поверхностными, положение уровня этих вод определяется высотой террас над урезом реки. Обычно глубина залегания их не превышает 5 м. В верхнем течении рр. Западная Двина, Днепр, Березина, Друть статический уровень находится на глубине от 5 до 8 м.

Аллювиальные воды вторых надпойменных террас, благодаря тому, что имеют водоупорное ложе, залегающее значительно выше поверхности поймы, являются более обособленными и не связанными с уровнями рек. Уровни этих вод изменяются от 3 до 5 м.

Грунтовые воды в озерно-ледниковых отложениях развиты в районе г. Полоцка и прилегающих к нему территорий. Водовмещающими породами являются пески тонко- и мелкозернистые, реже крупнозернистые и линзы песка в толще ленточных глин. Максимальная мощность их около 30 м. Глубина залегания водоносного горизонта изменяется от 0,3 до 5 м, реже достигает 30 м. Дебит отдельных колодцев составляет 0,55-4,4 л/с при понижении уровня на 0,35-0,20 м.

Грунтовые воды в отложениях конечных и донных морен сплошного распространения не имеют, они заключены в отдельных, изолированных друг от друга линзах.

Кроме грунтовых вод, важнейшими водоносными подкомплексами четвертичных отложений, содержащими напорные воды являются межморенные сожско-поозерский, днепровско-сожский и березинско-днепровский (таблица 2.2).

В отложениях дочетвертичного периода на отдельных площадях встречаются напорные водоносные горизонты в верхнемеловых, верхнедевонских, среднедевонских, нижнекембрийских отложениях и докембрийских образованиях.

Таблица 2.2 - Характеристика водоносных подкомплексов четвертичных отложений

В формировании мощного горизонта грунтовых вод в южной части республики имеет значение большая площадь водосбора р. Припять и ее многочисленных притоков, берущих начало с окружающих Полесье возвышенностей. В результате грунтовые воды располагаются близко к поверхности, вызывая заболачивание огромных массивов. В бассейне р. Припять в четвертичных отложениях насчитывается несколько водоносных горизонтов.

Наиболее тесно связанными с поверхностными водами являются водоносные горизонты современных аллювиальных отложений. Грунтовые воды в них содержатся в песках и песчаных, песчано-гравийных и супесчаных наносах, слагающих пойменные террасы и русла рек. Мощность современных аллювиальных отложений колеблется в значительных пределах. В долине р. Припять она составляет 10-15 м, р. Днепр - 20-30 м. На пойменных террасах грунтовые воды залегают близко к поверхности. Глубина зеркала воды изменяется от 0 до 3 м (бассейн р. Припять) и от 0 до 5 м (бассейны рр. Днепр и Западный Буг). Водоупором аллювиальных вод служат отложения морены днепровского оледенения. Там, где морена отсутствует, воды аллювия сливаются с водами нижележащих четвертичных и коренных пород, образуя единый гидравлически связанный водоносный горизонт. Дебит скважин, питающихся водами аллювиальных отложений, составляет от 0,1 до 2,5 л/с. Эти воды широко используются для хозяйственного и питьевого водоснабжения во многих населенных пунктах. Минерализация вод низкая (100-150 мг/л), на отдельных участках, где отмечается подток воды из коренных отложений, минерализация воды обычно возрастает до 500-700 мг/л.

В пределах надпойменных террас Днепра, Припяти, Березины, Сожа и их притоков развиты грунтовые воды в древнеаллювиальных отложениях. Они содержатся в разнозернистых песках и песчано-глинистых отложениях. Глубина залегания зеркала воды колеблется от 0-3 м (бассейн Припяти) до 10 м (бассейны левобережных притоков Днепра). Воды слабо минерализованы и относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу.

Области разгрузки подземных вод приурочены к долинам рек, а питание их происходит за счет атмосферных осадков и подтока вод дочетвертичных отложений.

Реки Западная Двина, Неман и их притоки дренируют преимущественно воды четвертичных отложений, тогда как реки Верхнего Днепра получают питание также из девонских и меловых водоносных горизонтов.

Подземное питание рек Полесья, несмотря на мощные водоносные горизонты и близкое залегание к поверхности уровней грунтовых вод, крайне слабое вследствие исключительно малых уклонов поверхности грунтовых вод и неглубокого эрозионного вреза речных русел.

В геологическом отношении территория Республики Беларусь относится к Восточно-Европейской платформе. Северная часть республики до Минска представляет собой район распространения девонских отложений представленных преимущественно известняками и песчаниками. Девонские отложения выходят на дневную поверхность только в долинах рек, где четвертичные отложения размыты. Такие выходы девонских известняков известны на р. Днепр у г. Орши, р. Западная Двина и некоторых ее притоках. Центральная и южная часть республики характеризуется распространением меловых отложений в виде мела, мергеля и песков. На большей части меловые отложения перекрыты четвертичными, хотя в бассейне р. Неман и нижней части бассейна р. Сож мел выступает на дневную поверхность, где подвергается размыву и растворению атмосферными осадками, а глубже ? почвенно-грунтовыми водами. Четвертичные отложения на территории Беларуси распространены повсеместно сплошным чехлом. На долю ледниковых образований приходится 88% объема всех четвертичных отложений. Неоднократные оледенения оставили мощные отложения, толщина которых на повышенных участках рельефа 150-250 м, на равнине достигает 50-100 м, уменьшаясь в Полесье и на левобережье Днепра до 20-30 м.

С особенностями геологического строения связано развитие процессов карстообразования. Закарстованность водовмещающих пород сказывается на стоке рек. Так, сток отдельных рек Оршанско-Могилевской равнины довольно резко отличается (при прочих близких условиях) от стока соседних рек. Например, среднегодовой сток р. Ресты у с. Сухари за 1955-1959 гг. почти вдвое меньше стока соседних рек, что можно объяснить поглощением речных вод нижележащим водоносным горизонтом. На это же указывает и незначительная доля в годовом стоке подземного питания ставляющая около 5%. Карст, связанный с действием подземных вод на известняково-доломитовые породы, известен в долинах рр. Западная Дви-на, Днепр и Сож. Наиболее благоприятные условия для развития карсто-вых процессов имеются на левобережье Днепра и в пределах Оршанско-Могилевской равнины. Территория Беларуси разделяется на три региона с разными типами карста: в северной части карст связан с карбонатными отложениями девонского возраста (известняки, доломиты); в центральной части развитие карста происходит в отложениях мелового возраста (мергель, писчий мел), на юге выделяется меловой и соляной карст.

Реки, протекающие среди возвышенностей, характеризуются глубоко врезанными долинами, что обуславливает более высокие модули минимального стока. При выходе рек на равнинные пространства их врезы становятся меньше, долины расширяются, и модули минимального стока уменьшаются. С юго-запада на северо-восток республики простирается Белорусская гряда с высотами до 350 м над уровнем моря, это наиболее расчлененная часть республики. На крайнем северо-западе проходят отроги Балтийской гряды, отделенные от Белорусской гряды заболоченными низинами (Неманская, Нарочано-Вилейская, Полоцкая). К юго-востоку от Белорусской гряды располагаются равнины - Центрально-Березинская и Оршанско-Могилевская. К югу эти равнины переходят в плоскую, сильно заболоченную обширную низину Белорусского Полесья. Преобладающие высоты Полесья 100-150 м с некоторым повышением к окраинам, особенно к северу и югу.

2.2 Климат

Географическое положение Беларуси на западной окраине Восточно-Европейской равнины определяет своеобразие умеренно-континентального климата, формирующегося в процессе взаимодействия морского и континентального влияния.

Атмосферные осадки являются одним из главных факторов формирования речного стока в целом и минимального в частности. Еще в начале XX столетия Е.В. Оппоков говорил о существенном влиянии атмосферных осадков на уровень минимального стока воды. Чем больше осадков и меньше испаряемость, тем больше сток. Величина стока зависит от формы осадков и распределения их во времени. Дожди жаркого летнего периода дадут меньший сток, чем прохладного осеннего. Зимние осадки в виде сне га не дают поверхностного стока в холодные месяцы, они формируют весеннее половодье. От равномерности выпадения осадков зависит просачивание их в грунт, которое больше при затяжных дождях и меньше при ливневых.

Территория республики отличается достаточным увлажнением. В среднем за год выпадает 600-700 мм осадков. Годовое количество осадков колеблется от 520-550 мм в бассейне р. Западный Буг до 720-790 мм на северо-востоке, центральная часть получает 650-700 мм. В течение года осадки распределяются неравномерно. Большая часть их, 70-75% годовой суммы, выпадает в теплый период года с апреля по октябрь, тогда и происходит пополнение запасов подземных вод. В холодный период, с ноября по март, осадков выпадает от 125 мм в Брестском Полесье и места-ми до 250 мм на севере в Полоцкой низменности.

Несмотря на достаточное увлажнение территории, в отдельные периоды могут наблюдаться засухи. Засухи чаще всего не охватывают большую территорию, но один раз в 7-12 лет распространяются на 50% площади республики. Наиболее засушливые периоды, охватившие около 60-70% территории Беларуси, наблюдались: в мае 1947, в сентябре 1949, в октябре-ноябре 1951 г., в октябре 1953 г., в августе 1955 г., в апреле 1957 г., в июне 1964 и 1979 гг. и августе 1971 и 1973 гг., 1981, 1984, 1986.

Снежный покров влияет на формирование зимнего минимального стока косвенно. В зависимости от того, когда, при каких температурных условиях и увлажненности территории образовался снежный покров, зависит величина зимнего минимального стока воды. Снежный покров предохраняет от сильного промерзания почвенный покров и способствует хорошему грунтовому питанию рек. Снежный покров в пределах республики характеризуется неустойчивостью, в среднем залегает от 75 на юго-западе до 125 дней на северо-востоке, что так же обуславливает высокий минимальный сток. Устойчивый снежный покров образуется в течение декабря, в начале месяца на северо-востоке и к концу его - на юго-западе. Средняя из максимальных за зиму высот колеблется от 7-10 см в бассейнах рек Западного Буга и Припяти до 25-30 см в верховьях рек Днепра и Западной Двины.

Главный фактор испарения - дефицит влажности, который зависит от температуры и влажности воздуха, скорости ветра, характера подстилающей поверхности.

Температура воздуха оказывает влияние на формирование летне-осеннего минимального стока через скорость испарения, а зимнего - через интенсивность льдообразования. Средняя годовая температура на рассматриваемой территории изменяется от 3,5° на северо-востоке до 7-7,5° на юго-западе и юге. Самый холодный месяц - январь; его средняя темпера-тура -6,7єС. Самые низкие абсолютные минимумы приходятся на январь и февраль и достигают в бассейне р. Западной Двины -41°С, а на всей остальной территории -35, -39°С. Самый теплый месяц - июль, средняя температура которого 17,8єС. Абсолютный максимум температуры достигает 36-38°.

Дефицит влажности воздуха достигает минимальной величины в зимние месяцы (ноябрь-март) и колеблется от 0,5 до 0,8 мб, максимальной - в июне (6,5-8,0 мб). Самые малые величины дефицита влажности на протяжении всего года наблюдаются на северо-востоке, наибольшие - на юге, в бассейне р. Припять. Влажность воздуха сравнительно велика. За год число влажных дней (т.е. относительная влажность 80% и выше) колеблется от 114-134 - на юге до 134-143 дней - на остальной территории республики. В районах возвышенностей влажных дней больше (Новогрудская возвышенность - 160 влажных дней). Число сухих дней с влажностью в дневные часы менее 30% насчитывается от 6-9 на возвышенностях, на севере и северо-востоке республики до 18-20 дней за год на юге (Гомельская область). Наибольшей сухостью отличается весенний период. В мае средняя относительная влажность в дневной срок наблюдений по всей территории колеблется в пределах 50-55%. Наибольшая влажность наблюдается зимой (в декабре в дневные часы достигает 85-88%).

Среднегодовая скорость ветра составляет 3,5-4,0 м/с на равнинах и возвышенностях и 3,0-3,5 м/с на низменностях и по долинам рек. Максимальные скорости ветра характерны для осенне-зимнего периода и составляют 4-5 м/с, минимальные - наблюдаются в июле-августе (2,5-3 м/с). Направление ветра также может сказываться на испарении. Так ветры западных направлений обладают высокой влажностью, что способствует выпадению осадков и снижению дефицита влажности. Восточные и южные ветры наоборот могут вызывать увеличение дефицита влажности. В зимние месяцы преобладают ветры юго-западного и западного направления. Весной направление ветра неустойчивое; ветры юго-западных направлений сменяются северо-западными и юго-восточными. Летом преобладают северо-западные, осенью - южные направления ветров.

2.3 Почвенный и растительный покров

Почвенный покров играет большую роль в формировании минимальных расходов воды, через водно-физические свойства (водопроницаемость и водоемкость), которые определяют интенсивность испарения и способность впитывать и пополнять запасы грунтовых вод. По данным [119] в бассейнах с песчаными и супесчаными водопроницаемыми почвами вследствие значительной инфильтрации атмосферных осадков и предохранения их от испарения возникают благоприятные условия для аккумуляции подземных вод, а в последствии питания в меженный период. Механический состав почвообразующих пород достаточно разнородный, однако среди пахотных угодий преобладают породы супесчаного состава - 42,5%, суглинистые и глинистые составляют 37,6%, песчаные - 13,6% и торфяные - 6,3%. По степени увлажнения 45,3% общей площади пахотных угодий занимают автоморфные (нормально увлажненные) почвы; 40,3% - полугидроморфные (длительно избыточно увлажненные) и 14,4% - гидроморфные (постоянно избыточно увлажненные).

В бассейне р. Западная Двина и верхней части бассейна р. Сож, преобладают дерново-подзолистые почвы глинистые и суглинистые. В нижней части бассейна р. Сож развиты почвы на песках и супесях. Бассейн р. Березина и Поднепровье отличаются развитием преимущественно дерново-подзолистых почв на супесях и песках, реже на суглинках, значительные площади занимают торфяно-болотные почвы. В бассейне р. Неман почвы представлены в основном суглинками и супесями. Суглинки преобладают в юго-западной части бассейна, а Лидская равнина и правобережье р. Вилия покрыто супесями и песками. В бассейне р. Припять преобладают дерново-подзолистые почвы на песках.

Влияние леса на формирование минимального стока выражается через его водоохранную и водорегулирующую (способствуют переводу склонового и руслового стоков в почвенный) функции. Лес повышает влажность воздуха, способствует перераспределению выпадающих атмосферных осадков, увеличению запасов воды и проникновению ее в почву, замедляет поверхностный сток (переводит его в грунтовый) (рисунок 2.1). Существенна роль леса в снижении максимальных расходов, некотором увеличении минимальных и более выровненное внутригодовое распределение стока. В.Е. Водогрецкий, В.В. Рахманов, И.Д. Юркевич обосновал положение, согласно которому леса являются водоохранными факторами, поддерживающими высокую водность рек и способствующими пополнению запасов грунтовых вод. Лесистость Беларуси составляет 35,5%. На территории Беларуси преобладают смешанные леса с хорошо развитым травяным покровом. На песках надпойменных террас и водоразделах распространены сосновые боры.

Рисунок 2.1 - Связь водопотребления растений с почвенно-климатическими факторами (по В.Н. Сукачеву и В. Лархену)

2.4 Болота и озера

В Беларуси насчитывается около 9212 болот площадью 2,5 млн. га с запасами торфа-сырца 31,3 млрд. т. До осушения их общая площадь достигала 2,939 млн. га, после мелиорации осталось в естественном состоянии больше половины белорусских болот. Растительность болот занимает 11,5% всего земельного фонда страны. Самые древние болота Беларуси - полесские, их возраст - около 11 тысяч лет, а толщина слоя торфа чаще всего не превышает полутора метров. В Витебской области болота мо-ложе - им «всего» 5-6 тысяч лет, но они глубже - до 9 метров. Размещаются болота на территории Беларуси неравномерно. В местах с бедным атмосферным питанием развиваются верховые болота (Полоцкая низина, Друть-Березинское междуречье), при преобладании грунтового питания болотные массивы становятся почти полностью низинными (в Гродненской и большей части Брестской обл.). В других районах соотношение распределения низинных и верховых болот различно. Самые большие болота находятся в Брестской области - Великий лес, Выгонощанское болото, Поддубичи, Обровское болото, Хольча.

В середине XIX в. сложилось представление о том, что гидрологическая роль естественных болот заключается в аккумулировании влаги и регулировании речного стока аналогично ледникам и глетчерам, накапливающим влагу зимой и отдающим ее в маловодное летнее время на питание рек. Спустя три четверти века ученые опровергли это представление. По данным заболоченность территории отрицательно сказывается на минимальном стоке рек. Естественное торфяное болото имеет большую влагоемкость, способно аккумулировать и удерживать большое количество воды, а водоотдача торфа мала. В результате в торфянике вода не используется на питание рек, а теряется на испарение, особенно в теплый сезон. С верхового болота в периоды низкого стояния уровня грунтовых вод (зима и лето) сток в реки прекращается, а с низинного болота в меженные периоды сток несколько выше, что обеспечивает более устойчивое питание в летний период.

В пределах Беларуси насчитывается более 10 тыс. озер общей площадью почти 2000 км² и общим объемом воды 6-7 км3. В основном они небольшие по площади и только некоторые занимают десятки квадратных километров. Многие озера расположены близко друг к другу или соединены водотоками и образуют группы (Нарочаскую, Браславскую, Ушачскую и др.). Местами (Браславский, Ушацкий районы) озера занимают 8-10% территории. В северной части республики - Белорусском Поозерье, в бассейнах рр. Западная Двина и Неман расположены не только многочисленные, но и наиболее глубокие озера (Долгое, h = 53,7 м). В Белорусском Полесье, в бассейнах рр. Днепр и Западный Буг, наоборот, преобладают мелкие старичные озера. Озера юга Беларуси носят черты деградации, часто имеют низкие заболоченные берега, зарастающую поверхность, плоские и неглубокие котловины (Чырвонае, Выгонощанское, Черное). В центральной части страны озер мало, так как после таяния ледника они были спущены по глубоковрезанным рекам, а котловины их заполнились торфом.

Озера, так же как и болота аккумулируют воду, но это большая часть талых и дождевых вод. В меженные периоды происходит сработка озера, и минимальный сток повышается. Регулирующая способность озер зависит от места расположения их на водосборе и от водности года. Наибольшее водорегулирующее значение они приобретают при расположении в нижнем течении реки. После ряда засушливых лет, когда озера не наполнены, аккумулирующая способность значительно больше, что может привести к снижению стока в реки

ГЛАВА 3. ВРЕМЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ МИНИМАЛЬНОГО СТОКА РЕК БЕЛАРУСИ

В данной работе характеристика минимального стока проводилась по 5 постам: р. Вихра - г. Мстиславль, р. Сож - г. Гомель, р. Днепр - г. Орша, р. Днепр - г. Речица, р. Сушанка - д. Суша.

Рисунок 3.1 - Динамика минимального многолетнего расхода реки Сушанка у деревни Суша

Таблица 3.1. Сравнительная характеристика среднемноголетних минимальных расходов воды р. Сушанка у д. Суша

Рисунок 3.2 - Динамика минимального многолетнего расхода воды р. Днепр у г. Речица

Таблица 3.2. Сравнительная характеристика среднемноголетних минимальных расходов воды р. Днепр у г. Речица

Рисунок 3.3 - Динамика минимального многолетнего расхода воды р. Днепр у г. Орша

Таблица 3.3 Сравнительная характеристика среднемноголетних минимальных расходов воды р. Днепр у г. Орша

Рисунок 3.4 - Динамика минимального многолетнего расхода воды р. Сож у г. Гомель

Таблица 3.4 Сравнительная характеристика среднемноголетних минимальных расходов воды р. Сож у г. Гомель

Рисунок 3.5 - Динамика минимального многолетнего расхода воды р. Вихра у г. Мстиславль

минимальный сток река беларусь

Таблица 3.5. Сравнительная характеристика среднемноголетних минимальных расходов воды р. Вихра у г. Мстиславль

Анализ минимальных среднемноголетних расходов воды проводится исходя из того, что весь период наблюдений на данных 5 постах разбивается на 2 периода: до 1987 года и с 1987 до 2012 года (до «глобального потепления» и после).

Тенденция увеличения минимального стока характерна как для зимнего периода, так и для периода открытого русла на всех 5 постах.

Размещено на Allbest.ru