Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Пространственно-временные особенности формирования стока горных рек Алтая в условиях изменения природной среды

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временные особенности формирования стока горных рек Алтая в условиях изменения природной среды"

На правах рукописи

Лванесян Роман Альбертович

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА ГОРНЫХ РЕК АЛТАЯ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Специальность 25.00.36 -Геоэкология (Науки о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

12 ДЕК 2013

Барнаул - 2013

005543791

005543791

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Горно-Алтайский государственный университет" на кафедре физической географии

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Семенов Вениамин Александрович

Официальные оппоненты: Севастьянов Владимир Вениаминович,

доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», профессор кафедры метеорологии и климатологии

Барышников Геннадий Яковлевич, доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет», декан географического факультета

Ведущая организация: ФГБУН Институт географии им.

В.Б. Сочавы СО РАН

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью) просим направлять Ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1, тел. (факс): 8(385-2) 24-03-96, e-mail: iwep@iwep.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института водных и экологических проблем СО РАН.

Автореферат разослан «25» ноября 2013 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент и.Д. Рыбкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Решение целого ряда фундаментальных и прикладных проблем геоэкологии предполагает выявление пространственных особенностей формирования стока, определение их качественных и количественных характеристик.

Водные ресурсы - весьма чуткий индикатор состояния окружающей среды, поскольку испытывают прямое и косвенное воздействие, как природных, так и антропогенных факторов. При этом оценка обеспеченности водными ресурсами надлежащего качества - это важное условие устойчивого развития территорий (Шикломанов, 2008; Шикломанов, Георгиевский, 2003,2008).

Наблюдаемые региональные изменения климата, проявляющиеся, прежде всего, в расширении диапазона экстремальных значений его параметров, обуславливают необходимость изучения и уточнения возможного отклика гидрологического режима рек (Попова, 2010; Шмакин, 2012; Сухова, 2010, СЫасЬи1а, БикЬоуа, 2011; Харламова, 2012; Волкова, Чередько, Кусков, 2009, 2012). Кроме того, увеличение доли антропогенной составляющей в изменении природной среды исследуемых бассейнов предопределяет необходимость постоянного контроля за качеством воды.

В связи с этим, исследование изменений годового, сезонного и экстремального стока рек Республики Алтай, как в пространстве, так и во времени весьма актуально и востребовано. Установление закономерностей в многолетних колебаниях стока рек позволит прогнозировать развитие ситуации, использовать превентивные меры по регулированию возможных опасных и катастрофических процессов, а также разрабатывать методы упреждающей адаптации как социо-, так и экосистем региона.

Теоретической базой диссертационного исследования послужили работы Б.В. Полякова, С.Г. Добровольского, М.И. Львовича, М.В. Евстигнеева, А.И. Чеботарева, И.А. Шикломанова и др.

Цель исследования. Оценка пространственно-временных закономерностей изменчивости стока рек Республики Алтай и выявление специфики влияния геоэкологического состояния бассейнов рек на качество воды поверхностных водотоков.

Задачи исследования.

1. Проанализировать особенности формирования стока на разных высотных уровнях гор Алтая.

2. Оценить вклад различных источников питания в годовой сток рек в зависимости от специфики физико-географических условий водосбора.

3. Установить реакцию гидрологического режима рек Республики Алтай на многолетние колебания регионального климата.

4. Выполнить геоэкологическую оценку антропогенного влияния на речные бассейны и загрязнение воды рек Алтая.

Объектами исследования являются реки Республики Алтай.

Предмет исследования - пространственные и временные особенности изменения количественных и качественных характеристик стока рек под влиянием как природных, так и антропогенных факторов.

Научная новизна работы.

Создана и обработана электронная база данных о сезонном стоке рек Республики Алтай.

Выявлены тенденции изменения сезонного и экстремального стока рек изучаемой территории в связи с современными климатическими флуктуациями.

На основании генетического анализа составляющих речного стока уточнены пространственные особенности соотношения различных источников питания в условиях мозаичности физико-географических характеристик горной страны.

Проведена оценка геоэкологического состояния речных бассейнов и водотоков Республики Алтай на основе адаптированной расчетной методики оценки загрязнения поверхностного стока.

Практическая значимость результатов работы. Созданная и обработанная автором электронная база данных может служить основой для дальнейших исследований пространственно-временного изменения стока на рассматриваемой территории, а также способствовать развитию образовательного процесса соответствующих направлений.

Полученные в ходе диссертационного исследования результаты позволят минимизировать финансовые затраты, связанные с необходимостью ликвидации последствий неблагоприятных гидрологических явлений, и принимать в этих случаях превентивные управленческие решения, а также они могут быть использованы при стратегическом планировании развития территории Республики Алтай.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Анализ генетических составляющих стока рек Алтая, выявление пространственной неоднородности условий его формирования позволяет повысить точность расчетов обеспеченности водными ресурсами в условиях недостаточности гидрологических наблюдений.

2. Временное (внутригодовое) распределение величин стока воды рек изменилось в соответствии с изменением сроков прохождения основных фаз водного режима, возросла вероятность экстремально высоких наводнений в половодье, паводков и низких маловодий.

3. Результаты расчета количества загрязняющих веществ, поступающих с водосбора, по принятым методикам показывают хорошую

согласованность с данными сети мониторинговых наблюдений за экологическим состоянием рек, что позволяет проводить моделирование возрастающего антропогенного прессинга на водные объекты Республики Алтай.

Информационной базой для выполнения настоящей работы послужили результаты многолетних полевых исследований автора, материалы Росгидромета, опубликованные в справочниках «Многолетние данные о режиме и расходах поверхностных вод», банка данных «Гидрология -реки и каналы», данные, опубликованные в гидрологических ежегодниках за период с 1930 по 2005 год по 29 гидрологическим постам.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы приняты к внедрению в АУ РА «Государственная экспертиза Республики Алтай»; используются в учебном процессе на кафедрах геоэкологии и природопользования и физической географии ФГБОУ ВПО «Горно-Алтайский государственный университет».

Методы исследования. При подготовке диссертационной работы использовались методы гидрологической аналогии, географо-гидрологического анализа, картографического, статистического анализа гидрометеорологической информации и другие. Построение карт осуществлялось с помощью программы Arc View GIS 3.2.a.

В работе использованы результаты научных исследований, полученных автором в рамках реализации научной госбюджетной темы «Синергетический характер взаимодействия природных и антропогенных факторов воздействия на геосистемы горных территорий» (2006-2008 гг.), гранта Президента Российской Федерации МД-1365.2012.5 «Диагностика и пространственная дифференциация эколого-климатических последствий современной трансформации природной среды горных территорий (на примере Алтае-Саянского экорегиона)», проекта РФФИ и Правительства Республики Алтай (грант №09-05-98009) «Исследования гидрологических и гидрохимических последствий современных изменений климата, эндогенных процессов и хозяйственной деятельности в Горном Алтае», а также государственного задания Минобрнауки «Выявление современного состояния и оценка динамики климатических изменений аридных биогеосистем Алтая. Диагностика экосистемного отклика».

Личный вклад автора в работу заключается в сборе и обработке фактического материала, анализе и интерпретации полученных результатов в подготовке публикаций и текста диссертации. Основные выводы и положения, изложенные в диссертации, были сформулированы автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на следующих конференциях и семинарах: Международной научной

конференции студентов и аспирантов «Проблемы устойчивого развития в современной географической науке и образовании» в Донецке (2007), VIII совещании географов Сибири и Дальнего Востока в г. Иркутске (2007), Международной научно-практической конференции «Инженерная геология, гидрогеология и геодинамика прибрежных территорий и ложа водохранилищ» в г. Пермь (2008), Международном симпозиуме SWorld «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» в г. Одессе (2011), European Applied Studies: modern approaches in scientific researches, 1-st International scientific conference, Stuttgart (2012), Международной научно-практической конференции молодых ученых «Потенциал современной географии в решении проблем развития регионов» в г. Киеве (2013) и других. Всего по данной теме опубликована 21 работа, в том числе 3 в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (162 наименования). Ее содержание изложено на 157 страницах машинописного текста, включая 17 таблиц и 35 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность доктору географических наук, профессору Вениамину Александровичу Семенову, сотрудникам кафедр физической географии и геоэкологии и природопользования Горно-Алтайского государственного университета, кафедр гидрологии и метеорологии Томского государственного университета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 диссертации автором приведена характеристика физико-географических условий Республики Алтай, а также проанализирована изученность гидрологических условий территории.

Глава 2 представляет собой детальное описание факторов формирования стока, как для горных территорий в целом, так и Алтая в частности. Кроме того, вычислен и проанализирован вклад различных источников питания в сток рек исследуемого региона.

В главе 3 охарактеризованы климатообусловленные изменения режима стока рек, оценена возможность возникновения опасных и неблагоприятных гидрологических явлений.

В главе 4 анализируется геоэкологическое состояние рек Республики Алтай путем расчета количества загрязняющих веществ, поступающих с поверхностным стоком, а также рассматриваются наиболее важные водно-экологические проблемы и пути их преодоления.

По выполненной работе защищаются следующие положения: Анализ генетических составляющих стока рек Алтая, выявление пространственной неоднородности условий его формирования позволяет повысить точность расчетов обеспеченности водными ресурсами в условиях недостаточности гидрологических наблюдений.

При всем многообразии условий формирования стока на Алтае, высотная поясность остается наиболее важной закономерностью в изменении основных стокообразующих факторов. Она проявляется на фоне мозаичности физико-географических условий горных территорий: контрастов рельефа и геологического строения, ландшафтного разнообразия, обусловленного инсоляционной и ветровой барьерной дифференциацией свойств природно-территориальных комплексов.

Для выявления роли отдельных источников питания, с учетом природно-климатической дифференциации территории, автором построены типовые гидрографы для всех рек, обеспеченных данными гидрологических наблюдений, и затем путем графического их расчленения выявлены преобладающие источники питания. Графическое расчленение гидрографа стока реки по источникам питания, как известно, представляет некоторые трудности, связанные, прежде всего, с выделением подземного стока, и выполняется приближенно. Существует несколько способов расчленения гидрографа по источникам питания (Поляков, 1946; Огиевский, 1951; Воскресенский, 1962 и др.). В нашем исследовании расчленение гидрографов проводилось графическим способом по методу Б.В. Полякова.

Как уже отмечалось, для решения поставленной задачи нами были проанализированы данные по рекам Республики Алтай, для которых есть достаточно длинные ряды наблюдений на гидрологических постах Росгидромета (табл. 1) Всего были проанализированы данные по 29 постам.

Таблица 1 - Доли основных источников питания рек Республики Алтай,

в % от годового стока (фрагмент таблицы)

Название реки - поста Глубоко-вод. подземн. питание Верховоди, подземн. питание Снеговое питание Дождевое питание Ледниковое питание

Северо-Западная Алтайская провинция

р.Чарыш-с.У-Кумир 15,5 12,7 49,1 22,7 0

р.Ануй-с.Солонешное 11,3 16,2 47,1 25,4 0

Северо-Алтайская провинция

р.Едиган-с.Едиган 30,1 19,1 36,3 14,5 0

р.Майма-с.Майма 8,2 14,7 45,4 31,7 0

Данные по тому или иному источнику питания наносились на карту, и путем экстраполяции и интерполяции достраивалась целостная картина

характера изменения их доли в пространстве. На основе полученных результатов была создана серия карт.

Географические закономерности распределения вклада дождевого питания в сток рек Республики Алтай в целом определяются количеством осадков, выпадающих в теплую часть года, и особенностями подстилающей поверхности (рис. 1а). Именно этим можно объяснить наибольшее значение этого параметра на северо-западе и северо-востоке территории.

Рисунок 1 - Пространственное распределение вклада дождевого (а) и снегового (б) питания (в %) в формирование стока рек Республики Алтай

В целом отмечается тенденция к уменьшению вклада дождевых осадков в формирование речного стока с увеличением высоты водосбора. Минимальные значения дождевого питания приурочены к областям современного оледенения, в наиболее приподнятых частях хребтов Юго-Восточного и Центрального Алтая.

Максимальные значения снегового питания приурочены к бассейнам рек Северной и Северо-Восточной Алтайской провинций, а минимальные -к территориям Чуйской и Курайской степей и высокогорным областям (рис. 1 б).

Ведущим фактором, влияющим на территориальное распределение и величину снегового питания рек, являются особенности снегонакопления и снеготаяния в горах Алтая. Небольшие значения снегового питания для рек крупных межгорных котловин объясняются небольшим количеством выпадающих твердых атмосферных осадков, тогда как для высокогорных приводораздельных территорий причина состоит в особенностях их теплового режима.

При оценке ледниковой составляющей стока возникают определенные трудности, так как на гидрографе в период начала поступления талой ледниковой воды возможно отражение нескольких одновременно действующих процессов. Наиболее значим этот источник питания для рек с небольшими водосборами, которые берут начало из крупных ледников. Чем выше процент территории, занятой в бассейне реки ледниками и снежниками, тем больше будет вклад этого источника питания. Вклад таких источников питания растет с высотой водосбора, что вполне закономерно. Следовательно, наиболее высокие значения этого параметра приурочены к наиболее приподнятым частям Северо-Чуйского, Южно-Чуйского, Катунского хребтов, массива Тыбын-Богдо-Ола (рис. 2).

Рисунок 2 - Пространственное распределение вклада стока от таяния ледников (в %) в формирование стока рек Республики Алтай

По результатам расчленения гидрографов было выявлено, что общее подземное питание (глубоководное и верховодное) может достигать 3637%. Так например, в бассейне р. Б. Чили (Северо-Восточный Алтай) эта величина достигает 36,9%, причем 15,1% - это глубоководное подземное питание, а 21,8% - это питание, поступающее с грунтовыми водами. В Центральном Алтае, в бассейне р. Урсул, подземное питание достигает 35,7%, из них на долю глубоководного приходится 11,0% (рис. 3 а,б).

Помимо выявления пространственных особенностей распределения вклада в формирование речного стока того или иного источника питания, в задачи данного исследования входило установление характера взаимосвязи между средней высотой водосбора и вкладом каждого из источников питания. Безусловно, путем выявления прямой зависимости между этими параметрами невозможно объяснить всех сложностей взаимодействия в системе «количество осадков - температура - орографические особенности

Доля ледникового питания, % ИЗ 0-9

- характер подстилающей поверхности - речной сток». Подобные графические и корреляционные зависимости могут только помочь выявить тенденцию в целом.

Рисунок 3 - Пространственное распределение вклада верховодного (а) и глубоководного (б) подземного питания (в %) в стоке рек Республики Алтай

Зависимость вклада снегового питания от средней высоты водосбора целесообразно рассматривать в двух высотных диапазонах - до 2000 м и свыше 2000 м. Если средняя высота водосбора не превышает 2000 м, то мы наблюдаем рост процента снегового питания с высотой. В целом, если не учитывать влияние других факторов на формирование стока, то установленную зависимость можно объяснить особенностями снегонакопления и снеготаяния изучаемой территории.

Реки, у которых средняя высота бассейна превышает 2000 м, относятся, в основном, к категории малых. В формировании их стока на этих высотах большую роль играет ледниковое питание, а доля снегового несколько снижается.

Зависимость вклада дождевых осадков от высоты водосбора еще более сложная. В диапазоне высот водосборов от 600 м до 1400 м отмечается прямая зависимость между долей дождевого питания и высотой водосбора. Исключение составляют реки Улаганского плоскогорья, что объясняется спецификой климатических условий.

В диапазоне высот от 1400 м до 2000 метров прямую зависимость между высотой водосбора и величиной дождевого питания установить очень сложно, так как наряду с территориями с небольшим количеством жидких осадков (Чуйская, Курайская степи - 91 мм в год осадков в жидком

виде) в эту категорию входят, к примеру, хребты Северо-Восточного Алтая, где количество дождевых осадков может составлять более 600 мм в год. Хотя в целом, как уже было отмечено, прослеживается прямое соответствие между пространственным распределением количества осадков и их ролью в питании рек. При средней высоте водосборов более 2000 м происходит снижение роли дождевого питания с ростом высоты.

Доля подземного питания, поступающего из верхних горизонтов грунта, увеличивается с высотой бассейна до отметки 1400-1500 м, затем наблюдается обратная зависимость. Распределение вклада глубоководного подземного питания в зависимости от высоты в целом повторяет закономерности верховодного подземного питания, однако нет столь выраженного роста значения этого источника в диапазоне от 600 до 1400 м. Для рек со средней высотой водосбора 600 м наблюдается значительный разброс значений доли глубоководного питания от 8 до 16%.

С увеличением высоты местности в диапазоне высот до 1400 м увеличиваются не только осадки, но и инфильтрация дождевых и талых вод, так как происходит увеличение трещиноватости горных пород и расчлененность рельефа. Однако полной прямой зависимости между высотой местности и ролью подземных вод в питании реки нет, так как большую роль в изменении доли подземного стока играют особенности морфологии речного бассейна, характера залегания грунтовых вод и их дренирования реками, а также условия выклинивания. В высокогорье напротив, происходит уменьшение роли подземного питания, что связано с особенностями залегания водоносных горизонтов и наличием многолетне-мерзлых грунтов.

Анализ и расчленение гидрографов среднесуточных расходов рек Республики Алтай по источникам питания (снеговые, дождевые) и видам стока (поверхностный, подземный) позволили получить уточненную оценку пространственного распределения этих характеристик.

Географические закономерности распределения вклада различных источников питания отображают сложную схему взаимодействия в системе «атмосферные осадки - температура воздуха приземного слоя атмосферы -величина испарения - характер подстилающей поверхности - речной сток». В результате произведенных расчетов выявлено, что доля ледникового питания для малых рек высокогорья может составлять более 40% от годового. В условиях низкогорья картина существенным образом меняется: основным источником питания являются талые снеговые воды, доля которых также может достигать 40%. С увеличением площади водосбора нивелируется преобладание одного из источников питания и их соотношение становится более пропорциональным.

Временное (внутригодовое) распределение величин стока воды рек изменилось в соответствии с изменением сроков прохождения основных фаз водного режима, возросла вероятность экстремально высоких наводнений в половодье, паводков и низких маловодий.

Климатообусловленные изменения среднего годового стока воды рек, его внутригодового распределения имеют важное практическое значение, поэтому их оценке уделяется большое внимание (Оценочный доклад..., 2008). Оценки изменений годового стока рек Алтая и его внутригодового распределения в прошлом столетии проводились В.А. Семёновым, В.А. Земцовым, Ю.К. Нарожным и другими (Семенов, 1998, 2007; Земцов, 2000, 2004; Паромов, 2002; Нарожный и др., 1998). В этих работах отмечалось, что направленность изменений годового стока в XX столетии менялась во времени и зависела от орографии территории бассейнов рек.

Согласно нашим исследованиям, структура многолетних изменений стока имеет много общего с колебаниями атмосферных осадков и температуры воздуха, но их полного совпадения не наблюдается. Генетически существующая связь между выпадением осадков и стоком рек усложняется рядом факторов: неравномерностью выпадения осадков и их трансформацией при прохождении через систему водосбора, накоплением и последующим таянием твердых осадков, испарением и др. В результате многолетние изменения водности рек только в грубом приближении можно лишь отождествлять с колебаниями атмосферных осадков. В каждом отдельном случае требуется учитывать обусловленность изменений водности рек не только выпадением атмосферных осадков, но и другими факторами.

В настоящее время на Алтае, на общем фоне потепления относительно климатической нормы наблюдаются флуктуации температуры приземного воздуха с большой амплитудой (Сухова, 2010).

Для рек большей части Алтая в общей многолетней изменчивости была выявлена тенденция к уменьшению стока воды в XX столетии. Интенсивность проявления этого процесса разная, но, согласно нашим наблюдениям и расчетам, наиболее ярко проявляется она на р. Катунь у пос. Тюнгур. Исключение составляет р. Кокса, где отмечается незначительная тенденция к увеличению расходов воды во времени. Если рассматривать тенденцию только последних 30 лет, то изменения годового стока для многих рек стали положительно направленными.

Для оценки изменения гидрологического режима рек Алтая построены осредненные гидрографы стока за периоды 1945-1976 и 19762005 гг. (рис. 4).

Рисунок 4 - Осредненные по периодам 1945-1976 и 1976-2005 гг. гидрографы стока р. Катунь (ст. Тюнгур)

Выбранная периодизация основывается на том, что в настоящее время многие ученые рассматривают 80-е годы XX века как переломные в ходе изменчивости стока (Оценочный доклад..., 2008). За начало климатических изменений при анализе изменений речного стока разными авторами принимаются различные точки отсчета в период с середины 1970-х до середины 1980-х гг. Аргументируется это тем, что со второй половины 1970-х гг. на территории России преобладают положительные аномалии температуры воздуха (Груза, Ранькова, 2004; Анисимов, Белолуцкая, 2003). Наиболее интенсивное потепление глобального климата произошло в 1980-е гг., и именно на этот период чаще всего приходятся изменения стока рек (Семенов, 2007).

В результате проведенного исследования были выявлены некоторые общие изменения. Так, например, на всех реках в связи с происходящими климатическими изменениями происходит общее сокращение объемов стока за период половодья, увеличение продолжительности летне-осенней межени. При расчленении гидрографов стока рек по видам питания различными графическими способами нами отмечено общее увеличение I доли глубоководного грунтового питания при сокращении снегового. При

этом дождевой поверхностный сток меняется незначительно. Можно отметить и небольшое увеличение подповерхностного стока в весенний период, что связано, видимо, с изменением промерзания грунтов.

Для оценки изменений внутригодового распределения стока была определена средняя водность по сезонам года для каждого обозначенного выше периода (1946-1976 гг. и 1976-2005 гг.) по основным бассейнам рек

Республики Алтай. Далее полученные результаты до 1976 г., то есть до переломного момента в ходе изменчивости стока (Оценочный доклад..., 2008), были сопоставлены с данными по объемам стока за период после 1976 г. Затем нами был создан ряд карт, отражающих сложившиеся тенденции в динамике внутригодового распределения стока в процентном соотношении. Полученные результаты представлены в графическом виде

Рисунок 5 - Динамика изменения водности на территории РА а) в весенний период, б) в летний период

Уменьшение весеннего стока наблюдается только в трех бассейнах -рр. Сема, Песчаная, Ануй. Для всей остальной территории не было отмечено значимых изменений в стоке.

Рисунок 6 - Динамика изменения водности на территории РА а) в осенний период, б) в зимний период

В летний период в нескольких достаточно крупных бассейнах было отмечено статистически значимое уменьшение стока. Это бассейны таких рек, как Лебедь на северо-востоке территории, Сема, Песчаная, Ануй - на Северо-Западе, а также по замыкающим створам р. Катунь.

В осенний период картина достаточно однородная и характеризуется отсутствием статистически значимых изменений в стоке. В бассейне р. Песчаная фиксируется уменьшение стока в осенний период.

В зимний период картина более мозаичная. Отмечается увеличение стока для бассейнов рр. Катунь и Чулышман. При этом приток первого порядка р. Катунь - р. Урсул показывает уменьшение зимнего стока. На остальной территории значимых изменений не выявлено. Полученные результаты достаточно четко согласуются с изменением соотношения тепла и влаги в разные сезоны года.

Согласно нашим расчетам, в последнее 20-летие у наиболее многоводных рек Алтая (Катунь и Бия), формирование стока которых происходит во всех высотных поясах горной области, произошла смена направленности (с отрицательной на положительную) изменений максимального стока. Поэтому на таких реках увеличилась вероятность формирования высоких максимумов уровня воды в половодье. Важнейшей причиной этого является весеннее потепление, вследствие которого одновременное снеготаяние происходит в нескольких высотных поясах, обусловливая большую интенсивность стока (Семенов, Семенова, Аванесян, Дегтяренко, 2010).

Анализ сведений об ущербе народному хозяйству в связи с изменениями климата свидетельствует, о том, что наибольший материально-экономический и экологический ущерб в густо населённых предгорных районах Алтая и соседних территориях Западных Саян наносят участившиеся высокие наводнения в период весеннего половодья. В периоды выпадения ливневых осадков тоже участились случаи формирования высоких паводков и селей. Поэтому на территорию Верхней Оби за 20-летний период приходится более 30 случаев высоких паводков с зафиксированным ущербом. К неблагоприятным изменениям гидрологического режима за 1991-2008 гг. относятся и участившиеся маловодья в период летней межени.

Причиной указанных изменений преимущественно являются изменения условий снегового питания и гидрологического режима рек горного региона. До начала интенсивного повышения температуры воздуха приземной атмосферы, изменения минимального стока на реках Алтая были преимущественно положительные, но у Катуни, получающей ледниковое питание, минимальный летний сток менялся мало. Анализ колебаний стока за последние 30 и 20 лет свидетельствует о существенном изменении его направленности на реках Алтая. Так, положительные изменения минимального зимнего и летнего стока р. Бии, зимнего - р. Чарыш, сменились на отрицательные.

В минимальном стоке Катуни сохранилась слабая положительная направленность изменений, что свидетельствует о том, что питающие её ледники не утратили ещё регулирующую роль в стоке воды во время маловодных периодов года. Но она недостаточна для поддержания высокой водности Оби в отдельные засушливые летние периоды.

Увеличение частоты наступления низкой межени обусловлено уменьшением количества осадков, увеличением продолжительности летней межени и засушливых периодов летом, а на горных реках, формирующих сток в высокогорной зоне, также уменьшением регулирующей роли в стоке деградирующих ледников и снежников.

Результаты расчета количества загрязняющих веществ, поступающих с водосбора по принятым методикам, показывают хорошую согласованность с данными сети мониторинговых наблюдений за экологическим состоянием рек, что позволяет проводить моделирование возрастающего антропогенного прессинга на водные объекты Республики Алтай.

Поддержание благоприятного экологического состояния поверхностных водоемов остается одной из приоритетных управленческих задач. В целом, поверхностные воды Республики Алтай соответствуют гигиеническим требованиям и пригодны для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Однако экологическое состояние некоторых малых рек неудовлетворительно, о чем свидетельствуют данные аналитического контроля воды.

Если учесть, что на изучаемой территории находится 12209 рек разной протяженности, то становится очевидным, что наблюдений за экологическим состоянием на 18 речных и 4 озерных гидрологических постах, проводимых Горно-Алтайский ЦГМС, и на 6 речных и 3 озерных, проводимых Верхне-Обским БВУ, явно недостаточно. Возникает необходимость в поиске надежных расчетных методик оценки поступления загрязняющих веществ в поверхностные водоемы.

В нашем исследовании была проведена апробация такой методики на модельном участке, в бассейне р. Майма. Корректность использования для горных территорий оценивалась путем сопоставления с данными аналитического контроля воды.

В основу расчетов были положены методические рекомендации «Расчет критической нагрузки на обособленные водные объекты Санкт-Петербурга», утвержденные правительством Санкт-Петербурга в 2008 г., и «Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты», разработанные ФГУП "НИИ ВОДГЕО в 2006 году.

В первую очередь, определялись основные виды использования водосборной поверхности. На основании анализа разномасштабных тематических карт, паспортов сельских поселений определялись площади пашен, пастбищ, дорог и т.д., так как степень и характер загрязнения поверхностного стока с различных по виду использования территорий значительно отличаются. Количество загрязняющих веществ зависит от санитарного состояния бассейна и приземной атмосферы, уровня благоустройства территории, а также гидрометеорологических параметров выпадающих осадков: интенсивности и продолжительности дождей, предшествующего периода сухой погоды, интенсивности процесса весеннего снеготаяния.

В результате проведенных вычислений были получены данные по суммарному количеству загрязняющих веществ, поступающих с модельного водосбора р. Майма (табл. 2).

Таблица 2 - Количество загрязняющих веществ (тонн в год),

поступающих с водосборной территории р. Майма (фрагмент таблицы)

Загрязняющее вещество Взвешенные в-ва БПК 20 ХПК Нефтепродукты БПК 5 Си

Кол-во 55188 55188 55188 55188 55188 29,27

Чтобы определить корректность полученных нами данных, сопоставим их с данными лабораторного анализа по информации Алтайского регионального института экологии (табл. 3) (Гидрохимические особенности...... 2012).

Таблица 3 - Химический состав (мг/дмЗ) воды р. Майма по данным

лаборато рного анализа и расчетным данным

Вещества, мг/дм3 Данные лабораторного анализа Расчетные данные

Взвешенные в-ва 138 151

ХПК 2,7 2,97

Хлориды 3,33 3,5

Сульфаты 2,7 0,18

Таким образом, расчетная методика в целом показала хорошую согласованность с данными лабораторного анализа. Однако по количеству сульфатов расчетные данные заметно ниже замеренных. В дальнейшем, при более детальном анализе ситуации можно провести корректировку методики, но уже сегодня ее можно использовать для оценки общей ситуации по загрязнению поверхностных водоемов.

Нами было рассчитано количество загрязняющих веществ для всех водосборных территорий республики по следующим показателям: БПК2о, нефтепродукты, взвешенные вещества, бихроматная окисляемость (КПК), соединения азота, соединения фосфора, азот аммонийный, азот общий, нитраты, нитриты, фосфор общий, кальций, магний, железо, медь, никель, цинк.

Согласно проведенным расчетам, наибольшее количество загрязняющих веществ, помимо бассейна р. Майма, поступает с бассейнов рек Лебедь, Сема, Чарыш и др. Результирующая величина - данные по замыкающим створам рек Бия и Катунь приведены на рисунке 7.

Бия Катунь Сема Майма Ч/пышмзн

ггг-д

на

Джазатор 1в Аргут' 0 Акхем Лебедь Башкаус Чуя Урсул Кокса Чарыш Ануй Песчаная Иша

ЯП

ГТТ—>

яэ

-Iі-

0.0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 количество в-ва

□ Вэвеш в-ва Ш Б ПК 20

□ ХПК

□ Нефтепродукты ■ БПК 5

□ Хлориды и Сульфаты

Рисунок 7 - Количество основных загрязняющих веществ (т), поступающих за год с водосборных площадей

Общая тенденция заключается в том, что в реки, бассейны которых более плотно заселены, поступает большее количество загрязняющих веществ. В высокогорье, на таких реках как Аккем, Аргут, Джазатор, антропогенное влияние либо ничтожно мало, либо незначительно.

Характер использования водосборной территории определяет преобладание в поверхностном стоке того или иного загрязняющего вещества. В высокогорных, слабо освоенных речных бассейнах в поверхностном стоке в процентном соотношении преобладают взвешенные вещества и БПК5. В бассейнах рек, где высок процент площадей, занятых дорогами, в структуре загрязняющих веществ появляются нефтепродукты и т.д.

Проведенные исследования позволяют расчетным путем оценить экологическое состояние водных объектов на территории Республики Алтай и выделить те объекты, которые нуждаются в безотлагательных мерах по стабилизации и улучшению их экологического состояния.

В настоящее время загрязнение большинства водных объектов Республики Алтай оценивается как незначительное, однако в связи с планами социально-экономического развития в перспективе следует ожидать его роста, что скажется и на состоянии речных бассейнов и, как следствие, речной системы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Детальный анализ факторов формирования водного стока рек горной территории Алтая показал, что при всем многообразии последствий современных изменений климата, высотная поясность остается наиболее важной закономерностью в изменении основных стокообразующих характеристик.

2. Пространственно-временная дифференциация генетических составляющих стока отображает сложную схему взаимодействия в системе «атмосферные осадки - температура воздуха приземного слоя атмосферы -величина испарения - характер подстилающей поверхности - речной сток». В результате произведенных расчетов выявлено, что доля ледникового питания для малых рек высокогорья может составлять более 40 % от годового, а в условиях низкогорья основным источником питания являются талые снеговые воды. С увеличением площади бассейна нивелируется преобладание одного из источников питания, и их соотношение становится более пропорциональным.

3. В многолетней динамике большинства рек Алтая была выявлена общая тенденция к незначительному уменьшению стока воды в XX столетии. Однако, если рассматривать тенденцию только последних 30 лет, то изменения годового стока для многих рек положительно направленные.

4.Выполненные исследования особенностей климатообусловленных изменений годового стока показали что, несмотря на общетерриториальное устойчивое приращение температуры воздуха в зимний и весенний сезоны, тенденция изменений годового стока рек Алтая бывает разнонаправленной, что в значительной мере обусловлено возросшей в настоящее время, пространственной и временной неоднородностью в выпадении осадков. Вместе с тем, в целом для региона количество возобновляющихся ресурсов поверхностных вод остаётся стабильным.

5. Анализ изменений сезонного стока, позволил выявить некоторые тенденции в динамике его перераспределения по сезонам года. За анализируемый период весенний и осенний сток, на большей части территории, значительно не изменился, за исключением небольшого участка на северо-западе, где отмечено уменьшение весеннего стока. Летний сток уменьшился на значительной части Алтайских гор, а в зимний период отмечено увеличение стока по нескольким крупным бассейнам. Нарастание экстремальности в режиме увлажнения территории в последнее пятилетие не нарушает установленную тенденцию, увеличивая однако среднесезонные флуктуации.

6. В условиях весеннего потепления с увеличением ливневых осадков существенно изменились гидрометеорологические особенности формирования экстремального стока рек, что в горных и предгорных районах обусловило увеличение повторяемости опасных наводнений в

периоды половодья и при паводках. Изменение внутригодового распределения стока с уменьшением его в летнюю межень обусловило учащение экстремальных маловодий. Поэтому при разработке программ по охране водных объектов Республики Алтай и защите населения от негативного воздействия вод важно учитывать климатически обусловленные изменения гидрологического режима рек, опасные наводнения и маловодия, оценивать их социально-экономические и экологические последствия, принимать меры по адаптации к изменениям климата.

7. Результаты расчетов количества загрязняющих веществ, поступающих с водосбора по использованным методикам, показывают хорошую согласованность с данными сети мониторинговых наблюдений за экологическим состоянием рек, что позволяет проводить моделирование возрастающего антропогенного прессинга на водные объекты Республики Алтай.

8. На основе полученной информации выделены те объекты, которые нуждаются в безотлагательных мерах по стабилизации и улучшению их экологического состояния, что особенно важно при реализации современных стратегий России по улучшению качества водных ресурсов и их рациональному использованию.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Рецензируемые журналы ВАК

1. Аванесян, P.A. Направленность современных изменений основных гидрометеорологических характеристик Алтайской горной области / P.A. Аванесян, М.Г. Сухова // Современные проблемы науки и образования. — 2012. - № 1. — URL: www.science-education.ru/101-5082 (дата обращения: 13.01.2012).

2. Аванесян, P.A. Климатообусловленные изменения внутригодового стока рек Алтае-Саянского экорегиона (на примере Алтая) / P.A. Аванесян, М.Г. Сухова // Естественные и технические науки - 2012. -№6. - С. 261-264.

3. Аванесян, P.A. Влияние урбанизации на экологическое состояние речных и подземных вод Горного Алтая / В.А. Семенов, И.В. Семенова, P.A. Аванесян// Экология урбанизированных территорий - 2013. - № 4 - 7 с. (принята в печать).

Монографии

4. Доставалова, М.С. Поверхностные воды / М.С. Достовалова, P.A. Аванесян, О.В. Журавлева // Природные комплексы Майминского района Республики Алтай. Коллективная монография. - Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2006. - 185 с.

Статьи в научных сборниках и периодических научных изданиях

5. Кочеева, H.A. Зимние наводнения, как результат резонанса природной и антропогенной составляющей современных геосистем / H.A. Кочеева, М.Г. Сухова М.Г., P.A. Аванесян // Вестник ТГУ. - Томск, ТГУ. - 2006. -№72-С. 12-35.

6. Климова О.В., Влияние климата на гидрологические и гидрохимические процессы рек Горного Алтая / О.В. Климова, В.А. Семенов, И.В. Семенова, P.A. Аванесян и др. // SWorld «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2011». - Одесса: Черноморье, 2011. — Т. 1,—

7. Аванесян, P.A. Современные тенденции в формировании стока р. Чуя / P.A. Аванесян // Взаимодействие атмосферных, гидрологических, литосферных и биосферных процессов Горного Алтая. Бюллетень оперативной информации Вестника ТГУ, 2006. - № 92. - С. 48-53.

8. Семенов В.А Особенности климатически обусловленных изменений опасных и неблагоприятных гидрологических явлений на реках горных территорий России / В.А. Семенов, И.В. Семенова, P.A. Аванесян, Т.Н. Дегтяренко // Труды ГУ «ВНИИГМИ-МЦЦ». - Обнинск, 2010. - Вып. 175. - С. 215-230.

9. Сухова, М.Г. Изучение синергетического характера взаимодействия природных и антропогенных факторов на геосистемы горных территорий (на примере Северо-Алтайской и Юго-Восточной Алтайской физико-географической провинции)/М.Г. Сухова, Т.Д. Модина, H.A. Кочеева, А.И. Минаев, О.В. Климова, P.A. Аванесян // Научный вестник Горно-Алтайского госуниверситета - Гошга-Алтайск: РИО ГАГУ, 2008. — №3. - С. 6-9.

10. Сухова М.Г., Природно-климатическая обусловленность хозяйственной деятельности в горных регионах (на примере республики Алтай) / М.Г. Сухова, О.В.Журавлева, H.A. Кочеева, А.И. Минаев, A.B. Каранин, P.A. Аванесян Ю.Н. Никольченко, Е.О. Гармс // Сборник статей к Юбилейной Международной научной конференции «Проблемы природопользования: итоги и перспективы» (к 80-летию Института природопользования HAH Беларуси). - Минск, 2012. - С. 56-62.

11. Аванесян P.A. Особенности распределения внутригового стока рек Юго-Восточной Алтайской провинции / P.A. Аванесян // Вестник молодых ученых ГАГУ - Горно-Алтайск, 2012. - Вып. 5. - С.23-28.

12. Avanesyan, R. Manifestation of changes of ekologo-climatic conditions Altai-Sayan ecological region in dynamics of hydrological extrema / R. Avanesyan, M. Sukhova // European Applied Studies: modern approaches in scientific researches, 1st International scientific conference. - Stuttgart: ORT Publishing, 2012. - P. 46-54.

Публикации в материалах научных конференций

13. Черепанова, Е.А. Некоторые результаты гидрометрических наблюдений на плоскогорье Укок / Е.А Черепанова, P.A. Аванесян // Геоэкология Алтае-Саянской горной страны - Горно-Алтайск, 2004. - Вып. 1. - С.43-45.

14. Аванесян, P.A. Особенности залегания снежного покрова в бассейне р. Маймы и его роль в формировании стока реки / P.A. Аванесян, О.В. Журавлева // Проблемы устойчивого развития в современной географической науке и образовании: Матер. Всерос. молодежной школы-семинара (20-22 апреля 2004 г 1 -Томск, 2004.-С.76-78.

15. Каранин, A.B. Обзор факторов формирования речного стока и методов вероятностного прогноза экстремальных гидрологических ситуаций на реках / A.B. Каранин, P.A. Аванесян // Алтайский регион в фокусе глобальных земных проблем: материалы международной научно-практической конференции (1011 ноября 2006 г.). - Барнаул, 2006. - С. 68-74.

16 Журавлева, O.B. Климатически обусловленная изменчивость стока р. Маймы / О.В. Журавлева, P.A. Аванесян // Современные проблемы геоэкологии горных территорий. Материалы научно-практической конференции. - Горно-Алтайск, 2006. - С. 66-70.

17. Журавлева, О.В. Генетические особенности стока рек в горах Алтая / О.В. Журавлева, P.A. Аванесян // Материалы VIII совещания географов Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск: изд-во ИГ СО РАН, 2007. - С. 144-146.

18. Кочеева H.A., Выявление ведущего фактора в современных изменениях горных экосистем на примере Юго-Восточного Алтая / М.Г. Сухова, О.В. Журавлева, P.A. Аванесян // География, геоэкология, геология: опыт научных исследований: Материалы Междун. научной конференции студентов и аспирантов, посвященной 175-летию со дня рождения выдающегося исследователя Приднепровья Александра Поля. - Донецк: Изд-во ДНУ, 2007. - Вып. 4 - С.78-80.

19. Кочеева H.A. Влияние опасных и неблагоприятных природных процессов на функционирование водохранилищ на территории Республики Алтай / H.A. Кочеева, P.A. Аванесян, О.В. Журавлева, М.Г. Сухова // Инженерная геология, гидрогеология и геодинамика прибрежных территорий и ложа водохранилищ: материалы межд. науч.-практ. конф. (9-11 сентября 2008 г.). - Пермь, 2008. - С. 119118.

20. Аванесян P.A. Трансформация годового стока рек Алтая в результате климатических изменений / P.A. Аванесян // Достижения и перспективы естественных и технических наук: Материалы I Международной науч.-практ. конф. - Ставрополь: Центр научного знания «Логос», 2012. - С. 130-133.

21. Сухова М.Г. Региональные климатические изменения на Алтае и экосистемный отклик / М.Г. Сухова, О.В. Журавлева, Ю.Н. Никольченко, Р.А Аванесян, A.A. Бакулин, Н.Г. Политова // Сборник трудов Международной научно-практической конференции молодых ученых «Потенциал современной географии в решении проблем развития регионов». — Киев: Изд-во ИГ УАН, 2013. -С. 46-51.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Аванесян, Роман Альбертович, Барнаул

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВПО «ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

04201454284

На правах рукописи Аванесян Роман Альбертович V

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА ГОРНЫХ РЕК АЛТАЯ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

25.00.36 - геоэкология (географические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: д.г.н., профессор, В.А. Семенов

Барнаул - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ....................................................................... 3

ГЛАВА 1. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................. 9

1.1 Физико-географическая характеристика территории............... 9

1.2 Современное состояние гидрологических исследований.......... 31

1.3 Характеристика исходных данных и методов исследования..... 36

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА И ПИТАНИЯ РЕК В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОГО КЛИМАТА.... 42

2.1 Факторы формирования стока........................................... 42

2.2 Соотношение различных источников питания рек Алтая в

условиях современного климата............................................. 53

ГЛАВА 3. КЛИМАТООБУС ЛОВ ЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМА СТОКА РЕК АЛТАЯ, ОПАСНЫХ И НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ.......... 71

3.1 Изменение климата и годового стока рек.............................. 71

3.2 Внутригодовое распределение стока................................... 76

3.3 Изменения максимального и минимального стока рек, опасных

и неблагоприятных гидрологических явлений............................ 102

ГЛАВА 4. ВОДНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ И ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИХ РЕШЕНИЯ........................................................................ 107

4.1 Качество поверхностных вод.......................................... 107

4.2 Апробация методики расчета поступления загрязняющих веществ в поверхностные водоемы в модельном бассейне

р. Майма.......................................................................... 114

4.3 Расчет загрязняющих веществ, поступающих с водосборных площадей рек Республики Алтай........................................... 126

4.4 Пути решения водно-экологических проблем Республики

Алтай............................................................................... 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................. 136

ЛИТЕРАТУРА................................................................... 139

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Решение целого ряда фундаментальных и прикладных проблем геоэкологии предполагает выявление пространственных особенностей формирования стока, определение их качественных и количественных характеристик.

Водные ресурсы - весьма чуткий индикатор состояния окружающей среды, поскольку испытывают прямое и косвенное воздействие, как природных, так и антропогенных факторов. При этом оценка обеспеченности водными ресурсами надлежащего качества - это важное условие устойчивого развития территорий (Шикломанов, 2008; Шикломанов, Георгиевский, 2003, 2008).

Наблюдаемые региональные изменения климата, проявляющиеся, прежде всего, в расширении диапазона экстремальных значений его параметров, обуславливают необходимость изучения и уточнения возможного отклика гидрологического режима рек (Попова, 2010; Шмакин, 2012; Сухова, 2010, Chlachula, Sukhova, 2011; Харламова, 2012; Волкова, Чередько, Кусков, 2009, 2012). Кроме того, увеличение доли антропогенной составляющей в изменении природной среды исследуемых бассейнов предопределяет необходимость постоянного контроля за качеством воды.

В связи с этим, исследование изменений годового, сезонного и экстремального стока рек Республики Алтай, как в пространстве, так и во времени весьма актуально и востребовано. Установление закономерностей в многолетних колебаниях стока рек позволит прогнозировать развитие ситуации, использовать превентивные меры по регулированию возможных опасных и катастрофических процессов, а также разрабатывать методы упреждающей адаптации как социо-, так и экосистем региона.

Теоретической базой диссертационного исследования послужили работы Б.В. Полякова, С.Г. Добровольского, М.И. Львович, М.В. Евстигнеева, А.И. Чеботарева, И.А. Шикломанова и др.

Цель исследования. Оценка пространственно-временных закономерностей изменчивости стока рек Республики Алтай и выявление специфики влияния геоэкологического состояния бассейнов рек на качество воды поверхностных водотоков.

Задачи исследования:

- Проанализировать особенности формирования стока на разных высотных уровнях гор Алтая;

- Оценить вклад различных источников питания в годовой сток рек в зависимости от специфики физико-географических условий водосбора;

- Установить реакцию гидрологического режима рек Республики Алтай на многолетние колебания регионального климата;

- Выполнить геоэкологическую оценку антропогенного влияния на речные бассейны и загрязнение воды рек Алтая.

Объектами исследования являются реки Республики Алтай.

Предмет исследования - пространственные и временные особенности изменения количественных и качественных характеристик стока рек под влиянием как природных, так и антропогенных факторов.

Научная новизна работы.

Создана и обработана электронная база данных о сезонном стоке рек Республики Алтай.

Выявлены тенденции изменения сезонного и экстремального стока рек изучаемой территории в связи с современными климатическими флуктуациями.

На основании генетического анализа составляющих речного стока уточнены пространственные особенности соотношения различных источников питания в условиях мозаичности физико-географических характеристик горной страны.

Проведена оценка геоэкологического состояния речных бассейнов и водотоков Республики Алтай на основе адаптированной расчетной методики оценки загрязнения поверхностного стока.

Практическая значимость результатов работы. Созданная и обработанная автором электронная база данных может служить основой для дальнейших исследований пространственно-временного изменения стока на рассматриваемой территории, а также способствовать развитию образовательного процесса соответствующих направлений.

Полученные в ходе диссертационного исследования результаты позволят минимизировать финансовые затраты, связанные с необходимостью ликвидации последствий неблагоприятных гидрологических явлений, а также они могут быть использованы при стратегическом планировании развития территории Республики Алтай.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Анализ генетических составляющих стока рек Алтая, выявление пространственной неоднородности условий его формирования позволяет повысить точность расчетов обеспеченности водными ресурсами в условиях недостаточности гидрологических наблюдений.

2. Временное (внутригодовое) распределение величин стока воды рек изменилось в соответствии с изменением сроков прохождения основных фаз водного режима, возросла вероятность экстремально высоких наводнений в половодье, паводков и низких маловодий.

3. Результаты расчета количества загрязняющих веществ, поступающих с водосбора, по принятым методикам показывают хорошую согласованность с данными сети мониторинговых наблюдений за экологическим состоянием рек, что позволяет проводить моделирование возрастающего антропогенного прессинга на водные объекты Республики Алтай.

Информационной базой для выполнения настоящей работы послужили результаты многолетних полевых, исследований автора, материалы Росгидромета, опубликованные в справочниках «Многолетние данные о режиме и расходах поверхностных вод», банка данных «Гидрология - реки и каналы», данные, опубликованные в гидрологических ежегодниках за период с 1930 по 2005 год по 29 гидрологическим постам.

л

Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы приняты к внедрению в АУ РА «Государственная экспертиза Республики Алтай». Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедрах геоэкологии и природопользования и физической географии ФГБОУ ВПО «Горно-Алтайский государственный университет»

Методы исследований. При подготовке диссертационной работы использовались методы гидрологической аналогии, географо-

гидрологического анализа, картографический, статистического анализа гидрометеорологической информации, и другие. Статистическая обработка данных проводилась при помощи программы Statistica 6.0. Посторенние карт осуществлялось с помощью программы Arc View GIS 3.2.a.

Кроме того, применялись методики расчета загрязнения поверхностного стока, изложенные в нормативном документе «Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий й определению условий выпуска его в водные объекты» (2006).

В работе использованы результаты научных исследований, полученных автором в рамках реализации научной госбюджетной темы «Синергетический характер взаимодействия природных и антропогенных факторов воздействия на геосистемы горных территорий» (2006-2008 гг.), гранта Президента Российской Федерации МД-1365.2012.5 «Диагностика и пространственная дифференциация эколого-климатических последствий современной трансформации природной среды горных территорий (на примере Алтае-Саянского экорегиона)», проекта РФФИ и Правительства Республики Алтай (грант №09-05-98009) «Исследования гидрологических и гидрохимических последствий современных изменений климата, эндогенных процессов и хозяйственной деятельности в Горном Алтае», а также государственного задания Минобрнауки «Выявление современного состояния и оценка динамики климатических изменений аридных биогеосистем Алтая. Диагностика экосистемного отклика».

»

Личный вклад автора в работу заключается в сборе и обработке фактического материала, анализе и интерпретации полученных результатов, в подготовке публикаций и текста диссертации. Основные выводы и положения, изложенные в диссертации, были сформулированы автором самостоятельно.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской молодежной школе-семинаре в г. Томске (2004), Международной научно-практической конференции «Алтайский регион в фокусе глобальных земных проблем» в г. Барнауле (2006), научно-практической конференции «Современные проблемы геоэкологии горных территорий» в г. Горно-Алтайске (2006), Международной научной конференции студентов и аспирантов «Проблемы устойчивого развития в современной географической науке и образовании» в г. Донецке (2007), VIII совещании географов Сибири и Дальнего Востока в г. Иркутске (2007), Международной научно-практической конференции «Инженерная геология, гидрогеология и геодинамика прибрежных территорий и ложа водохранилищ» • в г. Перми (2008), Международном симпозиуме SWorld «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития» в г. Одессе (2011), European Applied Studies: modern approaches in scientific researches, 1-st International scientific conference, Stuttgart (2012), I Международных экологических чтениях «Экология, рациональное природопользование и охрана окружающей среды» в г. Таганроге (2013), Международной научно-практической конференции молодых ученых «Потенциал современной географии в решении проблем развития регионов» в г. Киеве (2013). Всего по данной теме опубликована 21 работа, в том числе 3 - в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (162 наименования). Ее содержание изложено на 157 страницах машинописного текста, включая 17 таблиц и 35 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность доктору географических наук, профессору Вениамину Александровичу Семенову за руководство и помощь при выполнении данного исследования. Также автор выражает искреннюю признательность сотрудникам кафедр физической географии и геоэкологии и природопользования Горно-Алтайского государственного университета, кафедр гидрологии и метеорологии Томского национального исследовательского университета, за ряд ценных замечаний и консультаций в ходе выполнения работы.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Физико-географическая характеристика территории

Алтайская горная область занимает обширную территорию на юго-западе Сибири между 48° и 53° с.ш. и 82° и 90° в.д. Некоторая ее обособленность обусловлена особенностями рельефа и геологического строения, которые во многом определяют своеобразие всего комплекса природных условий и ресурсов.

На севере Алтай граничит с Западно-Сибирской равниной, обрываясь к ней заметным уступом. Западная и юго-западная границы выражены менее четко. Веерообразно расположенные снижающиеся хребты постепенно сменяются Казахским мелкосопочником. На юге и юго-востоке Алтай примыкает к Монгольскому Алтаю по линии пограничного массива Табын-Богдо-Ола и хребтов, отходящих от него. Восточный Алтай граничит с Тувинской горной областью. Один горный район от другого отделен полосой средневысотных гор. Северо-восточная граница с Западным Саяном и Горной Шорией проведена условно по водоразделам бассейнов Бии, Абакана и Томи.

Орография. Предельные абсолютные высоты Алтая достигают от 350 до 4500 м, причем характерно постепенное повышение абсолютных высот горных хребтов и днищ речных долин, а также относительное увеличение площади, занятой большими высотами, к юго-востоку.

Наиболее крупным горным узлом Алтая является пограничный горный массив Табын-Богдо-Ола ("Пять священных гор"), расположенный в верховьях реки Аргут; в своей главной вершине Куйтун он достигает 4358 м. В течение года вершины и гребни наиболее крутых северных склонов покрыты вечными снегами. Здесь есть и ледники, их насчитывается около

сорока. Крупнейший из них - Алахинский, расположенный в верховьях долины одноименной реки, которую он питает своими водами.

Хребты Южного Алтая, - соответственно Южный Алтай, Тарбогатай, Сарымсакты, Нарымский, Курчумский, вытянуты в широтном направлении. Они являются как бы западным крыйом массива Табын-Богдо-Ола. Осевая полоса хребтов поднимается от 2500 м на западе, до 3000-4000 м на востоке.

Хребты отличаются малой расчлененностью и высокими труднопроходимыми перевалами, круто обрывающимися к северу и сравнительно пологими падающими на юг склонами.

К востоку от массива Табын-Богдо-Ола направление хребтов меняется на северо-восточное, северное и северо-западное. Два хребта, проходящие вдоль границы с Монголией, носят названия Сайлюгем (высота до 4245 м) и Чихачева(4020). Хребет Шапшальский - третий из главных хребтов Восточного Алтая. Его длинная дуга является пограничным рубежом между Алтаем и Западным Саяном. Шапшальский хребет имеет более сложное очертание. Начало его близ котловины Джулу-Куль озера того же названия. Продолжением на юг является хребет Цаган-Шибэту. На севере он тесно смыкается с хребтом Карлыган в истоках Большого Абакана. Дальше к западу следуют хребты Корбу и Абаканский, скалистые отроги которых тесно обрываются к Телецкому озеру. Характерными чертами рельефа Восточного Алтая являются значительная приподнятость, сравнительная сглаженность горных хребтов с более или менее пологими склонами и куполовидными вершинами, развитие всхолмленных равнин (Чуйская степь, Курайская степь, плато Укок и Чулышманское нагорье), расположенных на высотах 1500-2200 м и являются преддверием к высоким степям и полупустыням Центральной Азии (Маринин, Самойлова, 1987).

Многие вершины Восточного Алтая поднимаются более чем на 30003500 м. Альпийские формы рельефа крайне редки. В цирках и карах хребтов имеются небольшие очаги современного оледенения.

Центральный Алтай - внутренняя часть горной системы, самая мощная,

ю

высокая и красивая. По расположению хребтов ее принято делить на две горные цепи: северную и южную. Южную полосу составляют три хребта: Катунский, Южно-Чуйский и Листвяга. Они различны по высоте (от 20002500 до 4000-4500 м) и разделены долинами Катуни и Аргута. Северная часть образована Северо-Чуйским и Теректинским хребтами. Последний располагается за крутой дугой долины реки Катуни, описывающей вместе с рекой Чуей наиболее возвышенное высокогорье.

Господствующее положение занимает Катунский хребет. Здесь располагается высшая точка Сибири гора Белуха (4506 м) и ряд вершин, поднимающихся выше 4000 м.

Хребты Центрального Алтая образуют сложный орографический район. Горные цепи поднимаются значительно выше снеговой линии, несут на себе мощные снега, многочисленные и наиболее крупные ледники Алтая. Характерными чертами рельефа являются: большая контрастность высот и наличие широких межгорных степных понижений с плоским дном (Уймонская, Абайская степи) на абсолютной высоте около 1000 м. Хребты с вечными снегами, как и те, на которых летом хотя бы временно лежат пятна снега, на Алтае обычно называются "белками" (Катунский и Чуйский