ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РЕЧНЫХ БАССЕЙНАХ ТЕРРИТОРИИ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
BASIC PRINCIPLES AND METHODS OF ECOLOGICAL-HYDROLOGICAL RESEARCH IN RIVER BASINS IN THE TERRITORY OF THE VORONEZH REGION
С.В. Щербинина
S.V. Shcherbinina
Воронежский государственный университет (Россия, 394068, г. Воронеж, ул. Хользунова, 40, учебный корпус № 5)
Voronezh State University (Russia, 394068, Voronezh, Кholzunova Str., 40, academic building № 5)
e-mail: svetas237@mail.ru
В статье рассматриваются теоретические вопросы разработки концепции эколого-гидрологического состояния и методики эколого-гидрологического риска. Обращается внимание, что при решении проблемы экологически безопасного водопользования большое значение имеет эколого-гидрологическая оценка состояния речных водосборов. Проанализированы результаты теоретических разработок примененных для малых водосборов лесостепной и степной зон Воронежской области.
The article deals with the theoretical issues of the development of the concept of ecological-hydrological state and methods of ecological-hydrological risk. Attention is drawn to the fact that in solving the problem of ecologically safe water use the ecological and hydrological assessment of the state of river watersheds is of great importance. We analyzed the results of the theoretical development was applied to small watersheds of the forest-steppe and steppe areas of the Voronezh region.
Еще относительно недавно степные ландшафты в Центральном Черноземье не были редкостью. И многие ученые, исследователи, и гости нашего края, восторгались красотой и природными богатствами, подмечали изобилие степных видов растений и животных. Водосборные территории Воронежской области делятся на северную лесостепную часть, где ранее преобладали разнотравно-луговые степи и широколиственные леса, и южную степную часть, с ковыльно-типчаковыми и ковыльными степями. Однако усиленное сельскохозяйственное освоение привело к тому, что в настоящий период времени некогда сплошная целина Дикого поля практически целиком распахана и преобразована (так, в Воронежском крае более 80% всех сельскохозяйственных угодий составляет площадь пашни). Ковыльно-разнотравные и типчаково-ковыльные сообщества среди агрокультурных ландшафтов в пределах водосборных бассейнов на территории области стали одними из самых редких. Они в основном сохранились на полосах отвода вдоль дорог и на крутых склонах балок, а также на существенном удалении от населенных пунктов и в заповедных территориях к которым относится: Хреновская степь, Дивногорье, Хрипунская степь, Каменная степь и др. Основу растительного покрова составляют дерновинные злаки, с преобладанием типчака. На очень пологих склонах господствуют бобово-пырейные растительные группировки с преобладанием пырея ползучего. Кроме того, небольшие участки, сохранившиеся местами на склонах долин и балок, отличаются засилием полыни австрийской, молочая прутьевидного, тысячелистника обыкновенного и др. [1].
Наблюдения показывают что, к сожалению, состояние и этих относительно девственных участков заметно ухудшается вследствие антропогенного воздействия. Кроме того, в отдельные периоды времени положение обострилось в результате раздела земли на паи и организации крестьянско-фермерских хозяйств, что в значительной степени сократило возможности влияния на сохранность степных участков со стороны государства. Неверные стратегические концепции приводят к ошибкам в сфере хозяйственного использования природных ресурсов. Проблемы природопользования приобретают особое значение при привлечении в хозяйственный оборот такого жизненно необходимого для существования человека элемента окружающей среды, как водные ресурсы [2].
В лесостепных и степных регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду при решении проблемы экологически безопасного водопользования большое значение имеет эколого-гидрологическая оценка состояния речных водосборов. В рамках одного из направлений гидрологии суши – экологической гидрологии рассматриваются вопросы разработки концепции эколого-гидрологического состояния и методики эколого-гидрологического риска [4].
В качестве исходного принимается положение, что «эколого-гидрологическое состояние» рассматривается как, набор характеристик сложной геоэкологической системы – речного бассейна, соответствующий определенному постоянному механизму взаимодействия природных и антропогенных факторов. Изменение эколого-гидрологического состояния соответствует изменению механизма действия основных факторов. С точки зрения экологической гидрологии в качестве примера характерного состояния можно привести: высокое половодье на малой реке, зарегулированной выше расположенным водохранилищем, с водосбором с интенсивной хозяйственной деятельностью. Здесь в качестве основного действующего природного фактора выступают высокая водность периода, а основного антропогенного фактора – водохранилище. Для данного состояния характерно повышенная водность, низкие уровень и продолжительность затопления поймы, высокое химическое загрязнение за счет сброса поверхностных вод.
Кроме того, существенным фактором в обеспечении устойчивого развития населенных мест является экологический риск. Риск – это потенциальная возможность случайных событий с негативными (нежелательными) для человека, природы и общества последствиями. Риск определяется вероятностью возникновения нежелательного события и выражается в процентах или долях единицы. В последние годы развитие получил анализ риска как метод оценки и прогнозирования степени вероятного ущерба, т.е. гидроэкологического риска [5].
Основная идея выполненного исследования заключается в том, что, используя бассейновый принцип в исследовании формирования стока рек, удалось достоверно установить основные факторы деградации и сохранения водных ресурсов.
В основу методики оценки эколого-гидрологического состояния положены разработки на основе применения многомерного статистического анализа, поскольку применение других методов к оценке векторной величины, компоненты которой имеют различную физическую размерность, неадекватно.
В качестве основных методов исследования были выбраны: классификация, факторный анализ, метод определения риска длительного (хронического) воздействия эколого-гидрологического риска [4].
Положительной стороной метода классификации является выделение общего, систематизирующего на основе дифференциации элементов. Метод главных компонент, или представления физических полей посредством естественных ортогональных составляющих, а также кластерный анализ является разновидностью многомерного (факторного) анализа. Они хорошо зарекомендовали себя в гидрометеорологических исследованиях.
В основу методики оценки эколого-гидрологического риска положены принципы теории вероятностей и генетические закономерности формирования водных ресурсов. Методика основана на использовании математической (линейно-экспоненциальной) модели [7]. При ее создании выявлялись определенные расчетные величины: коэффициенты загрязнения, истощения и деградации речной сети и поправочные коэффициенты, зависящие от их вариации; показатель средневзвешенного эколого-гидрологического риска; и в дальнейшем проводилось районирование региона по величине этого риска. Предложенная методика позволяет выявить причинно следственные связи в системах водосбор – подземные воды – поверхностные воды и наметить пути эффективного сохранения и восстановления средних и малых рек.
Выше отмеченные теоретические разработки применены для малых водосборов Воронежской области. В границах рассматриваемого региона была выделена сеть водосборных площадей. Эти типологические единицы выделялись по топографической карте масштаба 1 : 200000. Для каждой водосборной площади были определены три группы показателей (природной и антропогенной группы факторов, показатели последствий хозяйственной деятельности человека) которые удовлетворяют и отвечают следующим критериям: существенности в отношении целей исследования, индикационной способности в отношении объясняемых переменных, познавательной и практической пригодности, методической допустимости. Значения каждой из групп факторов определенные для каждого частного водосбора изучаемой площади были объединены в матрицы, к которым были применены алгоритмы математической статистики [5,7].
В зависимости от сочетания оценочных показателей проведены типизация и районирование области. В результате чего выделены шесть типов речных водосборов, отличающихся условиями развития природных процессов, четыре типа – с неодинаковой антропогенной нагрузкой и пять типов – с различной величиной последствий хозяйственной деятельности человека [6].
В результате выполненных расчетов определения эколого-гидрологического риска в Воронежской области можно выделить четыре степени его остроты: слабая степень (0,00-0,25) отнесены 10 водосборов; средняя (0,25-0,50) – 20 водосборов; сильная (0,50-0,75) – 3 водосбора; очень сильная (0,75-1,0) этой степенью остроты риска характеризуются водосборы рек Ольховатка, Нижняя Девица и Еманча.
Районирование территории области в зависимости от степени остроты риска по четырем градациям является основанием для практических рекомендаций проведения восстановительных работ на водосборах с целью предотвращения их от дальнейшей деградации [2, 3].
Безусловно, антропогенные воздействия на водосборы, и в частности малых и средних рек, во многих регионах нашей страны имеют такую силу, что начинают приобретать угрожающий характер: происходит разрушение и загрязнение почвенного покрова, загрязнение подземных водоносных горизонтов и поверхностных водотоков и водоемов, деградация и трансформация их биоценозов, ухудшение качества жизни населения. Вышеизложенные методологические разработки и подходы бассейнового метода анализа гидрологических процессов, а также координация землепользования и водохозяйственной деятельности в пределах водосборных бассейнов (одно из важнейших условий экосистемного подхода) позволяют решать этот круг вопросов, и могут быть использованы для проведения сходных исследований на сопредельных лесостепных и степных участках Русской равнины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: