Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Охрана и защита, обустройство, индикация и тести-рование природной среды. Сборник статей студентов, аспирантов и преподавателей: Научно-учебное издание

Мазуркин П. М.,

ОЦЕНКА ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА РЕЧНОЙ СЕТИ ПО РАСТИТЕЛЬНОМУ ПОКРОВУ ПОЙМЕННЫХ ЛУГОВ (П.М. Мазуркин, С.И. Михайлова, А.А. Иванов)

Предлагаемый метод относится к природоохранному обустройству малых рек и может быть использован при экологической оценке водосборных бассейнов по травяному покрову. При этом водосборы у притоков малой реки измеряются и оцениваются по патенту № 2293290 [11] с использованием способов изучения фитоценозов [10] и закономерностей малых рек [6, 8].

Ландшафтное измерение [7] растительного покрова пока недостаточно развито. Актуальным является увязка рельефа и гидрографической сети с травяным покровом. Оба этих природных объекта взаимоувязаны: деградация травяного покрова ведет к обмелению и высыханию притоков реки. А это приводит к неустойчивости водного хозяйства речной сети, прежде всего, на малых реках с пойменными лугами.

Цель - на примере реки Буй показать возможности нового способа экологической оценки речной сети [11] по достаточности травяного покрова на, расположенных на водосборах отдельных притоков.

Шкала состояния травяного покрова. Первичные водотоки, то есть притоки первого порядка, должны быть оценены по наличию и запасам травы для сенокоса. Нежесткая логика дает три значения такой шкалы (да, данет, нет), которые идентифицируются сельскими жителями. Тогда по прототипу [1, с.58-59] измерение длины притоков реки по сведениям, полученным от местных жителей, включает и сведения об оценке качества каждого притока по травяному покрову.

Шкала оценки водного хозяйства включает три состояния:

0 - растительный покров практически отсутствует;

1 - мало растительности для кормопроизводства;

2 - растительный покров достаточен для заготовки сена.

Распределение притоков на эти группы выполняется визуально в ходе проведения полевых измерений и обходов.

Предлагаемый метод оценки речной сети. Оказалось, что по каждой группе притоков закономерность изменения площади водосбора в зависимости от длины притока выявляется по формуле

,          (1)

где S - расчетная площадь водосбора первичного притока реки, км², S₀ - начальное значение площади водосбора у истока реки или её отдельного притока, км², L - длина притока, отсчитываемая как переменная векторная величина от своего истока до устья впадения, км,  - параметры статистической модели (1), значения которых зависят от шкалы состояния травы, рельефа и орографических свойств бассейнов притоков и самой реки.

Результаты исследования. Для измерений была принята речная сеть реки Буй, протекающей по Республике Марий Эл и Кировской области до реки Вятка. В табл. 1 приведены данные, полученные после уточняющих измерений натурными и картографическими способами [6]. Река Буй находится на территории Волго-Вятского водораздельно-возвышенно-равнинного района с эрозионным расчленением [2, с.8-9] и входит в Южнотаежную область возвышенности Вятского увала. Глубина врезания речной сети составляет 100-150 м, достигая 170 м в районе Шургинского антиклинального поднятия [2, с.17].

На характере рельефа этой части марийской республики отражается влияние Вятского увала, достигающего максимального развития в пределах РМЭ [4, с.18]. Длина равна около 130 км, ширина 20-40 км, наибольшие высоты увала составляют 200-284 м над уровнем моря. Возвышенная холмистая равнина отличается значительной сложностью рельефа. На Вятском увале пятнами встречаются типичные перегнойно-карбонатные тяжело-суглинистые почвы на известняках и мергелях, а чаще - коричнево-серые суглинистые почвы на пермских мергелистых глинах и суглинках [4, с.19].

Таблица 1

Речная сеть бассейна реки Буй с кодами состояния растительного покрова 

№ притока	Наименование притока	Порядок притока	Данные после исследования [6]		Код состояния травы на водосборе притока
			Длина L, км	Площадь S, км2
1	1 левый приток в Помосъял	1	2,45	2,80	0
2	2 правый приток из Елеево	1	3,50	7,80	0
3	3 левый приток р. Корем из Егорково	1	6,50	23,60	0
4	4 правый приток напротив Иштры	1	0,95	4,00	1
5	5 левый приток из Иштры	1	1,55	5,25	1
80	1 правый приток 43-го притока	1	0,80	2,00	1
81	2 правый приток 43-го притока	1	1,80	4,50	1
82	3 левый приток 43-го притока	1	2,20	3,20	1
83	44 правый приток из Пестово	1	0,50	2,75	1
84	45 левый приток из Петровское	1	1,80	3,00	1
Итого			192,2	544,39

По состоянию на 01.01.2007 доля категории земель сельскохозяйственного назначения в пределах РМЭ у реки Буй составляет около 60%, поэтому водосборный бассейн этой реки оценивается как высокоаграрная территория. Лесистость бассейна составляет около 34 %. В поймах многих притоков реки Буй расположены сенокосные угодья, деградирующие от выпаса.

Орография, то есть описание элементов рельефа по их конфигурации, размеров и направления, схожа с Русской равниной [5, с.15], но в миниатюре. На Вятском увале нет рек, текущих на запад, большинство их направлены на юг до Волги, а часть - на северо-восток до Вятки, находящейся вне РМЭ.

Общие параметры речной сети. Количество притоков N, протяженность речной сети ΣL, общая площадь бассейна ΣS и густота речной сети  [9, с.133] приведены в табл. 2.

Таблица 2

Общие параметры речной сети в бассейне реки Буй

Параметр речной сети	Река Буй	Части бассейна по состоянию растительного покрова			Экологическое состояние сети, %
		0 - нет	1 - мало	2 - достат.	плохое	хорошее
Притоки первого и второго порядков
Количество притоков, шт.	84	19	35	30	22,6	35,7
Протяженность сети, км	192,2	39,9	87,6	64,7	20,8	33,7
Общая площадь, км2	544,39	114,52	231,55	198,32	21,0	36,4
Густота сети, км/км2	0,353	0,348	0,378	0,326	-	-
Притоки первого порядка
Количество притоков, шт.	72	18	29	25	25,0	34,7
Протяженность сети, км	150,15	39,4	68,4	46,85	26,2	31,2
Общая площадь, км2	414,54	108,32	177,0	138,02	26,1	33,3
Густота сети, км/км2	0,362	0,364	0,386	0,339	-	-
Притоки второго порядка
Количество притоков, шт.	12	1	6	5	8,3	41,7
Протяженность сети, км	42,05	5,0	19,2	17,85	11,9	42,4
Общая площадь, км2	129,85	15,0	54,55	60,3	11,6	46,4
Густота сети, км/км2	0,324	0,333	0,352	0,296	-	-

По данным таблицы 2 количество притоков без травы на водосборах равно 19 шт., поэтому к плохому экологическому состоянию территории относятся 100 × 19 / 84 = 22,6 % от общего количества притоков. А оценку «хорошее экологическое состояние» получает 100 × 30 / 84 = 35,7 % притоков. Из таблицы 2 также видно, что от ухудшения качества травяного покрова больше всего страдают притоки первого порядка. Поэтому в патенте [10] было предложено оценку водного хозяйства речной сети выполнять по притокам первого порядка.

Статистические закономерности и их обсуждение. Река Буй в целом характеризуется статистической закономерностью (рис. 1), полученной по измеренным данным из таблицы 1, вида

.                   (2)

После идентификации формулы (1) для различных экологических состояний речной сети в целом и по частям её водосборного бассейна были получены шесть эмпирических уравнений по биотехническому закону проф. П.М. Мазуркина [7, 8].

Рис. 1. Влияние длины притока на площадь его водосбора для всей реки Буй (в правом верхнем углу отмечается коэффициент корреляции, равный 0,874)

Точнее ( ) оценка подмножества притоков первого порядка (рис. 2) по травяному покрову, достаточному для заготовки сена на пойменных лугах, с помощью формулы

; .          (3)

Рис. 2. Влияние длины притока на площадь водосбора по притокам первого порядка реки Буй, где на водосборах растительный покров достаточен для сенокоса (код 2)

Наибольшая теснота связи характерна (рис. 3) для притоков второго порядка, у которых водосборы имеют мало травы для кормопроизводства (код 1) в соответствии с формулой

; .       (4)

Сравнение (3) и (4) показывает, что в местах примыкания притоков первого порядка площадь водосбора в среднем должна быть 2,5 км².

Поведение речной сети. Коэффициент приспособляемости k [7, 8] количественно выражается как отношение второй составляющей моделей ТИПА (1) к первой их составляющей, то есть к постоянному члену. Этот показатель функционирования характеризует многовековую способность речной сети формировать ту орографическую структуру и тот ландшафт речных пойм с растительным покровом, которые были созданы и затем изменены населением.

Таблица 3

Результаты расчетов по эмпирическим закономерностям площади водосбора

в зависимости от длины притоков реки Буй по состояниям травы, км²

Длина притока L, км	Река Буй в целом по притокам первого порядка		Части бассейна по кодам состояния травяного покрова:
			0 -растительность почти отсутствует		1 - мало растительности для корма		2 - достаточно травы для сена
	S, км2	k	S, км2	k	S, км2	k	S, км2	k
Основание прогноза
0 1 2 3 4 5 6 7 8	2,10 2,54 4,33 7,28 10,69 13,83 16,14 17,34 17,43	0,000 0,210 1,063 2,469 4,098 5,595 6,695 7,267 7,309	2,51 2,52 3,14 6,53 12,25 16,72 17,75 15,84 12,62	0,000 0,003 0,251 1,601 3,881 5,664 6,074 5,314 4,028	2,49 2,53 3,16 5,28 9,03 13,88 19,06 23,89 27,92	0,000 0,015 0,269 1,118 2,623 4,569 6,649 8,590 10,207	1,92 2,20 3,65 6,74 11,27 16,12 19,50 19,87 16,97	0,000 0,145 0,898 2,508 4,864 7,385 9,144 9,335 7,827
Горизонт прогноза
9 10 11 12 13 14 15 16	16,59 15,09 13,22 11,25 9,37 7,68 6,26 5,12	6,908 6,193 5,305 4,366 3,465 2,662 1,985 1,439	9,41 6,86 5,09 3,97 3,30 2,93 2,72 2,62	2,750 1,734 1,028 0,581 0,315 0,166 0,085 0,043	30,91 32,81 33,68 33,67 32,94 31,66 30,01 28,10	11,407 12,168 12,518 12,513 12,220 11,709 11,044 10,279	12,17 7,50 4,30 2,70 2,11 1,96 1,93 1,92	5,330 2,902 1,239 0,406 0,100 0,018 0,002 0,000

Примечания: k - коэффициент приспособляемости групп притоков к рельефу; максимальные значения параметров по принятому ряду значений длины притоков выделены.

Река Буй имеет в целом k = 7,352; без травяного покрова притоки приспосабливаются к среде с k = 6,104, то есть с меньшей активностью по сравнению со всей речной сетью; часть притоков с травой малого качества имеет k = 12,556; часть притоков с достаточным наличием для сенокоса травы адаптируется к орографической системе реки Буй с k = 9,475.

Прогнозирование площади водосборов. Анализ результатов статистического моделирования показал, что закономерности типа (1) позволяют использовать прямые прогнозные расчеты (табл. 3).

Длина притоков изменяется в пределах 0,30 - 7,90 км. Прогноз можно выполнить, при высоких коэффициентах корреляции, на горизонт, равный основанию прогноза. Максимумы площади водосбора  при оптимальных значениях длины притока L^* следующие: а) для всей реки Буй = 17,52 км² при  L^*= 7,6 км; б) для притоков без травы соответственно 17,82 км² и 5,8 км; в) для притоков с малым наличием травы 33,77 км² и 11,5 км; г) для притоков с достаточным растительным покровом 20,14 км² и 6,6 км. От людей пострадали малые притоки со значительной шириной их бассейнов.

Предлагаемый способ оценки водного хозяйства измерением экологического состояния речной сети по достаточности травяного покрова на пойменных лугах на отдельных притоках (а затем и на отдельных участках каждого притока) речной сети может быть применен к любой равнинной малой реке.

Литература

1. Важнов, А.Н. Гидрология рек. Учебник для студентов спец. «География» / А.Н. Важнов. - М.: МГУ, 1976. - 339 с.
2. Васильева, Д.П. Ландшафтная география Марийской АССР / Д.П. Васильева. - Йошкар-Ола: Маркнигоиздат. 1979. - 133 с.
3. Географические закономерности гидрологических процессов юга восточной Сибири / А.Н. Антипов, Н.В. Абасов, Т.В. Бережных и др. - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2003. - 208 с.
4. Данилов, М.Д. Растительность Марийской АССР / М.Д. Данилов. - Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1956. - 146 с.
5. Забелин, И.Е. История Русской жизни с древнейших времен. - М.: Престиж Бук, 2007. - 704 с.
6. Иванов А.А. Экологическая оценка водосборов малых рек (на примере Республики Марий Эл): Научное издание / А.А. Иванов, П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. - 108 с.
7. Мазуркин, П.М. Геоэкология: Закономерности современного естествознания: Научное изд. / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 336 с.
8. Мазуркин, П.М. Статистическая гидрология: Учебное пособие / П.М. Мазуркин, В.И. Зверев, А.И. Толстухин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. -274 с.
9. Михайлов, В.Н. Общая гидрология: Учебник / В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский. - М.: Высшая школа, 1991. - 368 с.
10. Родин, Л.Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах / Л.Е. Родин, Н.П. Ремезов, Н.И. Базилович. - Л.: Наука, 1968. - 143 с.
11. Пат. 2293290 Российская Федерация, МПК G 01 С 13/00 (2006.01). Способ измерения площади водосбора реки по длине и падению притоков / Мазуркин П.М., Иванов А.А., Михайлова С.И., Волкова Л.О. (РФ); заявитель и патентообладатель Марийск. гос. тех. ун-т. - №2005101055/28; заявл. 18.01.2005; опубл. 10.02.2007, Бюл. № 4.