Гидрологическая оценка антропогенного воздействия на водосборы в таежной зоне Европейского Севера России :

Краткое описание

Содержание
Введение 5

1. Задачи гидрологических исследований хозяйственной деятельности и характеристика ее видов в таежной зоне Европейского Севера России 12

1.1. Задачи гидрологических исследований антропогенного воздействия на водные системы 12

1.2. Лесохозяйственные и лесопромышленные работы 15

1.2.1. Лесной фонд Европейского Севера России 15

1.2.2. Рубки и восстановление леса 21

1.2.3. Таксационные и биометрические характеристики леса и способы их расчета 24

1.2.4. Зависимость продуктивности леса от климатических характеристик 29

1.3. Гидротехническая мелиорация 33

1.3.1. Мелиоративный фонд и его освоенность 33

Ш

Vr* I.3.2. Преобразование характеристик подстилающей поверхности 36

1.4. Сооружение водохранилищ и изменение физико-географических характеристик бассейна 43

1.5. Строительство населенных пунктов и дорог Карелии 46

1.5.1. Характеристика населенных пунктов 46

1.5.2. Характеристика дорог 48

2. Классификация антропогенных воздействий и методологические особенности исследования гидрологических последствий 51

2.1. Классификация антропогенных воздействий для решения гидрологических задач 51

2.2. Временная структура гидрологических процессов при различных видах хозяйственной деятельности 55

2.3. Существующие методы оценки изменения элементов водного баланса под влиянием антропогенного фактора 63

3. Методы определения испарения с леса и с вырубок 68

3.1. Транспирация древостоем 69

3.1.1. Интенсивность транспирации древостоем 69

3.1.2. Суммарная за теплый период и за год средиемноголетняя транспирация древостоем 73

3.2. Испарение атмосферных осадков, задержанных пологом леса 77 3.2.1. Величина задержания пологом леса влаги от единичного дождя и ис-

3

парение этой влаги 77

3.2.2. Усредненная величина испарения осадков с полога леса за сезон и год 83

3.2.3. Испарение твердых атмосферных осадков с полога хвойного леса 89

3.2.4. Сравнение методов для определения испарения осадков с полога хвойного леса за год 92

3.3. Испарение под пологом леса 93

3.4. Испарение с вырубок 98

3.5. Сравнение методов определения среднемноголетней величины испарения

с леса 100

4. Влагооборот осушаемых для сельскохозяйственного использования болот и

расчет испарения 104

4.1. Влияние увлажненности на испарение с осушаемого торфяника 104

4.2. Приток грунтовых вод в зону аэрации 111

4.3. Расчет испарения с осушаемого торфяника 113

5. Методы оценок влияния различных видов хозяйственной деятельности на элементы водного баланса 116

5.1. Влияние рубок и последующего лесовосстановления на сток 116

5.2. Преобразование условий формирования стока под влиянием гидротехнической мелиорации 120

5.2.1. Изменение элементов водного баланса при осушении болота и заболоченного леса 120

5.2.2. Изменение максимального стока при гидротехнической мелиорации 137

5.3. Преобразование испарения и стока при сооружении водохранилищ 138

5.4. Оценка изменения элементов водного баланса на территории, занятой дорогами и населенными пунктами 142

6. Особенности формирования элементов водного баланса в производных и коренных лесах 146

6.1. Влияние на испарение с леса его характеристик и климатических факторов 146

6.1.1. Зависимость суммарного испарения от возраста и продуктивности леса 146

6.1.2. Влияние климатических факторов на продуктивность леса и суммарное испарение 156

6.1.3. Испарение с эксплуатируемых (производных) и коренных лесов 162

6.2. Формирование снежного покрова на лесных водосборах Карелии 165 6.2.1. Существующие мнения о влиянии леса на снегонакопление 165

4

6.2.2. Влияние площади полян и вырубок на снегонакопление 167

6.2.3. Влияние температурного фактора на разницу снегозапасов в лесу и в

поле 168

6.2.4. Соотношение испарения с леса и поля в зимний период 169

7. Гидрологический эффект гидротехнической мелиорации 172

7.1. Подземный водообмен болот 172 7.1.1 .Проблемы изучения подземного водообмена болот 172

7.1.2. Режим уровней почвенно-грунтовых и грунтово-напорных вод 173

7.1.3. Характеристики подземного водообмена 175

7.2. Изменение элементов водного баланса при осушении болот 180

7.2.1. Формирование влагозапасов почвогрунтов на осушаемом торфянике 180

7.2.2. Оценка изменения испарения при осушении болот и заболоченных лесов 190

7.2.3. Изменение стока при сельскохозяйственном освоении болот 194

7.2.4. Влияние гидролесомелиорации на элементы водного баланса 200

8. Изменение гидрологического режима водосбора после сооружения водохранилища 208

8.1. Изменение уровенного режима озер после преобразования их в водохранилища 208

8.2. Изменение испарения и стока с бассейна после сооружения водохранилища 210

9. Влияние населенных пунктов и дорог на элементы водного баланса 218 9.1. Изменение испарения и стока при строительстве дорог в Карелии 218

*^ 9.2. Влияние города на испарение и сток 223

10. Речной сток с нарушенных хозяйственной деятельностью водосборов 226 10 Л. Изменение годового стока с речных водосборов 226 10.2. Максимальный сток с осушаемых сельскохозяйственных полей Карелии 233

10.2.1. Весенний максимальный сток 233

10.2.2. Максимальный дождевой сток 251 Заключение 261 Литература 265 Приложения
Введение

Введение

Актуальность работы. Одной из особенностей нашего времени является общее ухудшение экологической ситуации, что требует высокого уровня развития науки, при котором станет возможным управление деятельностью человечества, не допускающее ее стихийного проявления в процессах природообразования.

Преобразование атмосферных осадков в сток является следствием различных про-цессов, протекающих в атмосфере, почвогрунтах и растительном покрове, в значительной степени подвергающихся антропогенному воздействию, гидрологическая роль которого до настоящего времени остается недостаточно изученной. Несмотря на длительные исследования, как справедливо отмечено в работе [111], вопросы формирования водных ресурсов в условиях интенсивных антропогенных нагрузок на водосборы в полной мере не решены. Хозяйственной деятельностью охвачена значительная часть площади суши нашей планеты и, как утверждает Л. Н. Гумилев [104], «девственных» земель к настоящему времени не осталось. Однако проявление этой деятельности в водном балансе водосборов

Ш

v^ зависит от ее видов, темпов развития различных направлений и физико-географических

условий, поэтому региональные исследования гидрологической роли хозяйственной деятельности являются важной частью «антропогенного направления» в гидрологии.

Интерес к антропогенному фактору проявляется уже с начала XIX столетия, а наибольшее внимание, связанное с научно-техническим прогрессом, уделяется со второй половины XX века [207]. В последние десятилетия этому вопросу посвящается множество работ как в нашей стране, так и за рубежом.

В таежной зоне одним из основных антропогенных факторов является заготовка древесины и связанные с ней лесохозяйственные работы. Формирование лесных экоси- стем происходит здесь на значительных площадях под влиянием лесохозяйственной деятельности человека. Средообразующая роль этих лесов меняется с возрастом. По составу растительных сообществ и возрастным показателям они отличаются от девственных (коренных) [65], и до настоящего времени остается нерешенным вопрос о допустимом соотношении площадей естественных и преобразованных биогеоценозов с точки зрения их экологических функций. Большие проблемы в оценке влагооборота в лесу возникают в связи с возможными преобразованиями условий произрастания растительности, вызванными долгопериодными колебаниями климатических характеристик.

(Ж Требуют дальнейшего изучения долгосрочные последствия выполненных ранее

гидромелиоративных работ. Осушение болот ведет к коренному преобразованию водного и теплового режимов переувлажненных территорий, их взаимосвязей с окружающими ландшафтами. При этом процессы трансформации торфяной залежи не прекращаются во

6

времени в связи с разложением и потреблением органического вещества торфа, его уплотнением и осадкой. Интенсивность этих процессов, играющих определенную роль в формировании водного баланса на водосборе, зависит от вида использования торфяников и метеорологических характеристик. Снижение объемов мелиоративного строительства до его практически полного прекращения в настоящее время в России не отвергает возможности возобновления этих работ. Это предположение основывается на низкой, в срав- нении с другими странами, освоенностью болот и заболоченных лесов в северных регионах нашей страны. По мнению Б. С. Маслова, Россия находится в начале пути мелиоративного освоения земель [253]. На необходимость продолжения гидролесомелиоративных работ с целью интенсификации лесного хозяйства в условиях высокой заболоченности указывается в статьях последних лет [52, 205]. Все это говорит о возможном расширении мелиоративных работ в будущем. Кроме того, совершенствование способов осушения, а также такие процессы, как осадка и сработка торфа, приводят к необходимости проведения ремонтных работ и реконструкций осушительных систем, при которых могут значительно меняться глубина и густота дренажной сети, уровень почвенно-грунтовых вод (УПГВ) и другие характеристики, определяющие гидрологическую роль данного объекта. Поэтому гидрологические исследования мелиорируемых земель на фоне противоречивых оценок изменений годового и максимального стока продолжают оставаться актуальными.,.

Одним из возможных направлений развития энергетики в Карелии является строительство малых и средних ГЭС [37]. В этой связи интерес представляет оценка природо-формирующей роли уже существующих здесь водохранилищ. К настоящему времени за пределами исследований, выполненных в рассматриваемом регионе, остались такие важ-ные, с точки зрения экологии, задачи, как оценки антропогенной составляющей уровенно- го режима водохранилищ и изменения элементов водного баланса.

Недостаточно изучено преобразование гидрологических процессов под влиянием градостроения и дорожного строительства. В результате урбанизации резко преобразуются условия формирования элементов водного баланса, изменяется водообмен поверхностных и подземных вод. Кроме того, в пределах городских территорий для удовлетворения нужд населения во влагооборот вовлекается большой объем воды. Действие всех этих факторов может привести к нежелательным хозяйственным и экологическим последствиям.

При оценке влияния антропогенного фактора на формирование элементов водного баланса практически не учитывается форма воздействия и временная структура процессов, возникающих и преобразованных в результате хозяйственной деятельности на водосборе. Серьезным недостатком при решении задач, связанных с оценкой влияния на сток

7 лесопромышленной деятельности, является отсутствие в гидрологических исследованиях

дифференциации лесов на коренные и производные. Поэтому усовершенствование методологии изучения гидрологической роли антропогенного фактора в различных природных условиях является в настоящее время важной задачей.

Оценка влияния деятельности человека на формирование элементов водного ба- ланса и его результирующей части - стока является важной при решении возникающих в повседневной жизни практических вопросов. Несомненно, что исследования процессов, не обусловленных конкретными природными условиями, позволяют глубже понять роль отдельных факторов влагооборота в формировании стока и его различных фаз. Все вышеизложенное определяет актуальность выполненных исследований.

Цель исследования

Целью исследований является разработка методологии и методов оценки влияния хозяйственной деятельности на формирование элементов водного баланса в условиях таежной зоны Европейского Севера России (ЕСР) и оценка гидрологической роли наиболее распространенных здесь видов антропогенного воздействия, в том числе в условиях долгопериодных колебаний климатических характеристик.

Задачи исследований

Данная цель исследований предполагает решение следующих задач:

- распределить все виды антропогенного воздействия, характерные для исследуемого региона, по формам воздействия, определяющим устойчивость преобразованных геокомплексов, продолжительность переходных периодов и выбор метода гидрологической оценки;

- разработать методы оценки влияния лесопромышленных работ, гидротехнической мелиорации, строительства водохранилищ, дорог и городов на элементы водного баланса с учетом временной структуры преобразовательных процессов и форм воздействия;

- разработать и апробировать методы определения элементов водного баланса на водосборах, преобразуемых в результате антропогенного воздействия;

- разработать методы определения биометрических и таксационных характеристик растительного покрова, необходимых для расчета испарения;

- оценить влияние возраста и условий произрастания производных лесов на испарение с них и выявить особенности их влагооборота по сравнению с девственными (ко-

(Ш) ренными);

- разработать метод оценки влияния возможных изменений и колебаний климатических характеристик на продуктивность и испарение лесов;

- собрать информацию о преобразовании водно-физических свойств осушаемых

8 торфяников и оценить изменения элементов водного баланса и максимального стока в

результате осушения болот и заболоченных лесов;

- оценить величину антропогенной составляющей уровенного режима озерных водохранилищ и изменение испарения с водосборов в результате сооружений водохранилищ;

- оценить гидрологическую роль строительства дорог и городов в зависимости от вида покрытия дорожного полотна и плотности городской застройки;

- оценить комплексное влияние хозяйственной деятельности на годовой сток с водосборов исследуемой территории.

Объекты и методы исследований. Решение поставленных задач основывалось на комплексном подходе, включающем полевые исследования гидрофизических и гидрологических процессов на нарушенных антропогенным фактором водосборах; теоретические обобщения особенностей формирования элементов водного баланса в различных природных условиях; теоретические обоснования, разработку и апробацию методов определения ЩР элементов водного баланса в условиях воздействия наиболее распространенных на ЕСР видов хозяйственной деятельности.

Полевые работы с участием автора выполнялись в период с 1978 по 2002 гг., в основном, на Корзинском мелиоративном стационаре (южная Карелия, среднетаежная подзона тайги).

Исследования выполнялись в рамках тем фундаментальных исследований Институтов биологии и водных проблем Севера КарНЦ РАН: «Изучение влияния мелиорации на гидрофизические свойства почв, водосборов и окружающую среду в Карельской АССР» (1980-1984 гг., № 0285.0035369); «Изучение путей регулирования основных ре- жимов осушаемых почв для получения планируемых урожаев с учетом экологических последствий хозяйственной деятельности в условиях Севера» (1985-1990 гг., № 01.85. 0009892); «Исследование влияния хозяйственной деятельности на водосборе на режим и качество поверхностных и подземных вод Карелии» (1991-1995 гг., № 01.9.300033400); «Эколого-гидрологические и гидрогеологические последствия антропогенного воздействия в природно-территориальных комплексах Карелии» (1996-1998гг., № 01950006056); «Эколого-гидрологические проблемы хозяйственного освоения водосборов» (1999-2002 гг., №01.99.0007153).

Исследования проводились при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 02-05-97510), программы фундаментальных исследований ОНЗ РАН «Изменения природно-территориальных комплексов России в зонах интенсивного техногенного воздействия», проект 9.

Щщ

9

Предмет защиты. Решение важной проблемы оценки влияния хозяйственной деятельности с учетом временного фактора на формирование речного стока в таежной зоне ЕСР, являющегося одним из необходимых критериев при решении экологических задач и планировании водохозяйственных мероприятий. На защиту выносятся:

- методы оценок и теоретические обоснования их выбора при определении гидрологической роли наиболее распространенных в таежной зоне ЕСР видов хозяйственной деятельности;

- методы расчета элементов водного баланса водосборов в условиях антропогенного воздействия;

- оценки гидрологической роли лесопромышленных работ, гидротехнической мелиорации, строительства водохранилищ, дорог и городов на водосборах. Научная новизна:

- предложена классификация видов хозяйственной деятельности на водосборах ЕСР в зависимости от формы воздействия и продолжительности начального периода ос- воения территорий, позволяющая более объективно подойти к выбору метода оценки преобразований элементов водного баланса;

- предложены формулы для расчета отдельных биометрических характеристик леса (прироста стволовой древесины, массы хвои (листвы), листового индекса), необходимых при решении гидрологических задач;

- разработаны и апробированы методы определения составных частей среднемно-голетних величин суммарного испарения с леса (испарения с полога леса твердых и жидких осадков, испарение с наземного покрова за год и за зимний период) и вырубок за год и по сезонам;

- получена зависимость соотношения величин испарения с хвойного леса и поля от массы хвои;

- установлена зависимость динамики и общей величины суммарного испарения с эксплуатируемого леса от условий произрастания древостоя;

- рассчитана динамика годовой величины суммарного испарения с наиболее распространенных для ЕСР типов леса;

- разработан метод оценки изменения продуктивности леса и суммарного испарения при преобразовании климатических характеристик и рассчитана динамика суммарно- го испарения с наиболее распространенных для ЕСР типов леса для условий приращения среднегодовой температуры воздуха в пределах от -1 до +2 С;

- рассчитаны величины суммарного испарения с некоторых типов девственных лесов и для них получена динамика антропогенной составляющей испарения, как относи-

10 тельно спелого производного (относительная оценка), так и относительно девственного

(абсолютная оценка) леса;

- разработан метод расчета влагозапасов осушаемых низинных торфяников;

- разработан метод оценки изменения элементов водного баланса при гидролесомелиорации, с помощью которого рассчитано изменение стока после осушения различных типов заболоченных лесов и болот для условий Карелии;

- разработан метод расчета и получена динамика антропогенной составляющей стока с осушаемых болот и заболоченных лесов за период их освоения и эксплуатации в сельскохозяйственном производстве;

- оценено изменение элементов водного баланса при строительстве водохранилищ, дорог и городов на территории Карелии и Мурманской области и получена зависимость изменения испарения от климатических факторов;

- выполнена оценка влияния осушения болот на максимальные расходы весеннего половодья и дождевых паводков и предложены методы их расчета.

Практическая ценность и внедрение результатов исследований. На основании результатов исследований формирования стока на осушаемых для сельскохозяйственного использования болотах были подготовлены рекомендации для расчета максимальных расходов дождевых паводков (в соавторстве) и переданы для практического использования в Карельское отделение института "Ленгипроводхоз".

Результаты исследований по оценке изменений элементов водного баланса вошли в выполненный по заданию Министерства экологии и природных ресурсов Республики Карелия раздел комплексной программы 4.2.2 «Заонежье» «Поверхностные и подземные воды Заонежья и прилегающих заливов Онежского озера, влияние на них хозяйственной деятельности человека» и использовались в дальнейшем при оценке и контроле за состоянием природных ресурсов в Заонежье и проведении экспертиз проектов развития этого района.

Исследования влияния строительства водохранилищ на водный баланс водосборов и гидрологический режим рек и озер нашли применение при проведении экспертизы "Правил эксплуатации водохранилищ каскада ГЭС на р. Кеми".

Разработаны и переданы в комитет по природным ресурсам рекомендации, направленные на улучшение экологической ситуации в Карелии при лесопользовании.

Некоторые результаты исследований вошли в подготовленные автором методические указания к выполнению лабораторных и практических работ и используются в курсах "Агрометеорология", "Мелиорация" и "Лесная метеорология" при обучении студентов агрономических и лесохозяйственных специальностей.

11 Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на

различных конференциях и совещаниях, в том числе на конференциях по мелиоративной географии в г. Перми (1983), в г. Смоленске (1991), на международном семинаре «Биотическая регуляция окружающей среды» в г. Петрозаводске (1998), на международных конференциях «Биологические основы изучения, освоения и охраны животного и раститель- ного мира, почвенного покрова Восточной Фенноскандии» и «Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера» в г. Петрозаводске (1999).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 53 работы, в том числе 1 монография (соавтор И. М. Нестеренко), 9 статей в рецензируемых изданиях и 4 учебно-методические работы.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 10 глав, заключения, приложения и списка литературы. Объем диссертации составляет 303 страницы текста, включая 100 таблиц, 44 рисунка и 8 приложений.

12

1. Задачи гидрологических исследований хозяйственной деятельности и характеристика ее видов в таежной зоне Европейского Севера России

1.1. Задачи гидрологических исследований антропогенного воздействия на водные системы

Гидрологические исследования хозяйственной деятельности направлены на решение большого крута как теоретических, так и практических задач, среди которых можно выделить следующие:

1) оценка изменений различных характеристик речного стока и водных ресурсов территорий; ,

2) исследование процессов формирования и динамики элементов водного баланса и разработка методов их определения на нарушенных хозяйственной деятельностью водосборах в различных природных условиях;

3) решение экологических задач;

4) разработка мер для более эффективного использования бассейновых запасов влаги;

5) исследование влияния различных видов хозяйственной деятельности на климатические характеристики и влагооборот крупных территорий.

Все задачи взаимосвязаны, поэтому в основном они решаются комплексно, и целью большинства работ являлась оценка изменения различных характеристик речного стока и водных ресурсов исследуемых территорий. Большое внимание, уделяемое стоку, объясняется ростом дефицита высококачественных водных ресурсов в отдельных регионах, необ- ходимостью совершенствования методов расчета его характеристик для строительства водохозяйственных сооружений и решения экологических задач. В работах В. Е. Водо-грецкого [59, 60], С, Э. Вомперского, А. А. Сирина, А. И. Глухова [68], В. С. Вуглинского [72], Б. М. Доброумова и Б. С. Устюжанина [116], К. Е. Иванова [138], Г. Н. Каркуциева [171], О. И. Крестовского [214], В. В. Куприянова [221], Р. А. Нежиховского [277], С. М. Новикова и Ж. С. Гончаровой [289], В. 3. Родионова [326], С. И. Харченко и др. [383], К. Т. Хоммика [386], В. Ф. Шебеко, П. И. Закржевского, Э. А. Брагилевского [405], И. А. Шикломанова [407,408], В. Гольфа и Н. Хансела [431], Л. Лундина [443], Р. Сеуны [456] и многих других описаны методы исследований и даны количественные оценки влияния различных видов хозяйственной деятельности на характеристики речного стока. Качественная оценка в преобразовании речного стока отдельных видов хозяйственной деятельности у многих исследователей не вызывает разногласий. Из характерных для ЕСР видов

13

это, в первую очередь, относится к строительству водохранилищ, дорог и городов. Возможные расхождения в количественных показателях для одинаковых природных условий в этом случае обусловливаются различием используемых методик. Вместе с тем, при оценке влияния на сток таких видов деятельности человека, как гидротехническая мелиорация исследователи часто получают разноречивые результаты. Нет полной ясности до настоящего времени при оценке гидрологической роли лесохозяйственных и лесопро- мышленных работ. Не выявлена и роль климатических факторов в величине изменения стока при тех или иных видах деятельности.

Большое количество исследований посвящено изучению процессов формирования элементов водного баланса, в том числе стока, на нарушенных хозяйственной деятельностью водосборах. Динамика элементов водного баланса рассматривалась для наиболее часто встречающихся видов антропогенного воздействия и для тех, при которых в наибольшей степени очевидны преобразования компонентов геосистем. В этой связи объектом изучения многих исследователей явились гидротехническая мелиорация, а также не- посредственно или косвенно лесопромышленная деятельность.

Детальные исследования изменений элементов водного баланса в первые годы после рубок выполнены С. Ф. Федоровым [374], С. Ф. Федоровым, С. В. Марунич и др. [376], а преобразования составных частей суммарного испарения за весь период восстановления различных типов леса после рубок рассмотрены в работах О. И. Крестовского [214], А. А. Книзе и О. И. Крестовского [197]. Многие исследования гидрологической роли леса выполнялись в эксплуатируемых лесах на определенных этапах их восстановления после рубок. К таким можно отнести работы Н. А. Воронкова [71], А. А. Молчанова [267, 270], Ю. Л. Раунера [317], В. В. Рахманова [319], С. Ф. Федорова [373] и др. Влияние раз-ЩЪ меров расчетной лесосеки, а также климатических характеристик на влагооборот лесов исследовались Н. Л. Бондарик и Ю. В. Карпечко [34, 179]. Все эти работы показали многофакторное влияние леса на водный баланс речных бассейнов и позволяют объективно подойти к оценке его роли в формировании стока. Однако до настоящего времени в гидрологических оценках еще слабо учитывается типовое разнообразие лесов и распределение различных типов по регионам, что затрудняет практическое применение уже полученных результатов.

На изучение воднобалансовых аспектов гидротехнической мелиорации были на- правлены работы Ю. В. Карпечко и И. М. Нестеренко [187], Ю. В. Карпечко, В. И. Сако-вец [190], И. М. Нестеренко [279], С. М. Новикова [285], С. М. Новикова и Ж. С. Гончаровой [289], С. И. Харченко [381, 382], В. Ф. Шебеко [403, 404], В. Ф. Шебеко, П. И. За-кржевского, Э. А. Брагилевской [405]. Во многих работах решалась также задача по уста-

14

новлению оптимального водного режима на землях, используемых человеком для выращивания сельскохозяйственных культур. Результаты этих работ свидетельствуют как об отрицательном [187,190, 289], так и о положительном [405] влиянии мелиорации на величине стока. Выполненные этими и другими авторами детальные исследования не дают, к сожалению, исчерпывающих объяснений существующего противоречия, которое заключается в том, что наряду с отмечаемым увеличением испарения при освоении болот [187, 279, 403-405] многие исследователи констатируют рост стока после проведения гидромелиоративных работ [218,320,405].

Влияние водохранилищ на преобразование бассейнового влагооборота детально рассмотрено в работах И. А. Шикломанова и Г. М. Веретенниковой [410], И. А. Шиклома-нова [407], В. С. Вуглинского [72], В. Гольфа и Н. Хансела [431]. Разработанные методы и полученные оценки изменения испарения и стока с водосборов в результате сооружений водохранилищ показывают гидрологическую роль этого вида хозяйственной деятельности в различных природных условиях. Совершенствование методов расчета испарения с суши и с водной поверхности, уточнение гидрографических преобразований на каждом конкретном бассейне позволят получить более точные для каждого региона оценки, необходимые при решении таких важных вопросов, как выбор путей развития энергетики. Причем, при решении таких стратегически важных вопросов необходимо учитывать возможность изменений климатических характеристик.

Большое внимание растущему влиянию урбанизации на гидрологические процессы уделяется в работах В. В. Куприянова [221], М. И. Львовича и Г. М. Черногаевой [244], Г. М. Черногаевой [392]. В этих исследованиях показана огромная роль городов в формировании бассейнового влагооборота и сложность оценки их влияния на различные элементы водного баланса. Продолжение таких работ должно быть направлено на совершенствование методик исследований и решение задачи по определению допустимых, с гидрологической точки зрения, соотношений различных угодий и землепользовании на городской территории. На начальных этапах решения этой проблемы необходимым условием является установление зависимости оценок преобразования элементов водного баланса на городской территории от доли площадей различных угодий в различных климатических условиях.

Оценка изменения элементов водного баланса на Русской равнине на различных этапах преобразования компонентов природной среды, вызванного антропогенным фактором, для многих видов хозяйственной деятельности дана в исследованиях Н. И. Корон-кевича [207]. Автором подчеркивается влияние временного фактора на водный баланс территорий, затронутых хозяйственной деятельностью. На основе обобщения большого

15

количества исследований им показаны теоретически обусловленные направления изменения элементов водного баланса при различных видах воздействия и на различных этапах освоения территорий. Наибольшую сложность вызывает получение количественных оценок. В связи с этим Н. И. Коронкевич указывал в своих работах [207, 208] на необходимость интенсификации воднобалансовых исследований, которые могут привести к количественным, дифференцированным по видам деятельности и по этапам освоения террито- рий оценкам влияния антропогенного фактора на бассейновый влагооборот.

Влияние хозяйственной деятельности на климатические характеристики и влагооборот территорий рассматривается в работах М. И. Будыко [41], Г. П. Калинина [162], Р. К. Книге [195], О. Г. Сорочан [357], И. А. Шикломанова [408] и др. Деятельность человека, приводящая к росту испарения, может вызвать увеличение осадков и речного стока [41,195,408]. Эффективность этого процесса зависит от площади, затронутой воздействием, размеров рассматриваемой территории и от ее географического положения.

Выбор видов хозяйственной деятельности, для которых решаются указанные выше задачи, обусловливается, в первую очередь, их ролью в преобразовании природной среды в тех или иных географических условиях. Достигнутые к настоящему времени успехи в исследовании не исчерпывают весь объем проблем, возникающих и разрастающихся с течением времени в результате деятельности человека.

В таежной зоне ЕСР в силу природных условий наибольшее развитие получила ле-сохозяйственная и лесопромышленная деятельность. Развитие лесного и сельского хозяйства при высокой заболоченности региона определило необходимость проведения широкомасштабных мелиоративных работ. Локальные изменения ландшафтов связаны с сооружением водохранилищ, строительством населенных пунктов и дорог.

1.2. Лесохозяйственные и лесопромышленные работы 1.2.1. Лесной фонд Европейского Севера России

Большая часть территории ЕСР, включающей Архангельскую, Вологодскую, Мурманскую области и республики Карелию и Коми, расположена в таежной зоне (в основном в северо- и в среднетаежной подзонах) [210] и, соответственно, имеет высокую зале-сенность (рис. 1.1, табл. 1.1, 1.2). Поэтому здесь одним из основных видов хозяйственной деятельности человека, который может привести к заметным изменениям гидрологиче- ских процессов, является заготовка древесины. Рубки и выжигание лесной растительности относятся к наиболее древним видам хозяйственной деятельности. Леса ЕСР подвергались интенсивной эксплуатации уже с XVI века. С развитием в середине XIX столетия лесопильной промышленности потребность в древесине значительно возрастает. Наибольшее

16

развитие лесопромышленные работы получили с внедрением в 30-х годах прошлого столетия сплошных концентрированных рубок [102]. Все это приводило к сокращению лесной площади, хотя и в меньших размерах, чем в южных регионах, наиболее благоприятных по физико-географическим условиям для проживания человека. По данным М. А. Цветкова, в северных губерниях Европейской России с 1696 по 1914 годы лесной фонд сократился на 16%, в то время как в южных - более чем на 47% [387]. Однако рост численности населения и научно-технический прогресс создают предпосылки и условия для более интенсивного в дальнейшем освоения и развития северных регионов.

Рис. 1.1. Физико-географическое районирование Европейского Севера России (по [210]) А - зона тундры: / - подзона арктических тундр; II- подзона кустарничковых и мохово-лишайниковых тундр; III— подзона кустарничковых тундр и предтундрового редколесья. Б - зона тайги: IV - подзона северной тайги; V - подзона средней тайги; VI - подзона южной тайги. В - зона смешанных лесов. Границы: 1 - зон; 2 - подзон.

17

Таблица 1.1

Распределение таежной зоны по территориям республик и областей Европейского Севера России, % [358]

Область, республика Зона тайги Подзоны тайги

северная средняя южная

Архангельская 53 21 32 -

Вологодская 100 - 38 62

Р. Карелия 100 52 47 1

Р. Коми 84 42 41 1

Мурманская 59 59 - -

Таблица 1.2

Характеристика земель лесного фонда Европейского Севера России на 1 января 1993 г. (по данным [359] с обработкой автора)

Область, республика Площадь территории, тыс. км2 Площадь, тыс. га Лесистость, %

лесного фонда покрытая лесом хвойных пород листв. пород

Архангельская 587.4 27437.0 19851.5 16748.9 3102.6 34

Вологодская 145.7 8454.0 6876.5 3737.9 3138.6 47

Р. Карелия* 156.9/180.5 14633.0 9267.4 8247.8 1019.6 59/51

Р. Коми 415.9 37895.0 28751.1 23426.4 5060.8 69

Мурманская 144.9 9492.4 4973.9 3670.8 1303.1 34

Примечание. Данные по Карелии приведены на 1 января 1998 г.; в числителе - площадь территории без акваторий Онежского и Ладожского озер и Белого моря, в знаменателе - сумма площадей всех категорий земель.

До настоящего времени лес во всем мире рассматривается как возобновляемый ресурс древесины, поэтому лесоэксплуатация коснулась значительной части лесного фонда. На европейской территории России воздействие промышленных рубок испытали свыше 60% лесов [86]. В наибольшей степени среди всех северных лесов пострадали леса Мурманской области [358]. По данным Европейской лесной комиссии мировой объем лесозаготовок постоянно увеличивается на 0.5-3% в год [266]. Поэтому резкое сокращение лесозаготовок в 90-е годы в России может смениться интенсивным ростом объема вырубаемого леса. Вместе с тем, как уменьшение, так и увеличение интенсивности рубок ведет к изменению структуры лесного фонда (распределение площади лесного фонда по возрастным категориям и по породному составу) на водосборе, что сопровождается преобразо-

Список литературы