О влиянии горных лесов на высокие паводки
На основе гидравлической модели водостока, адаптированной к бассейнам рек Дунай и Днестр, оценены расходы и высота воды, обусловленные аномальными ливневыми осадками. Показано, что в некоторых регионах роль лесного полога в понижении пиковых уровней воды во время ливневых паводков может быть значите...
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2005
|
| Schriftenreihe: | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57025 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О влиянии горных лесов на высокие паводки / В.А. Иванов, А.В. Прусов // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 407-414. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-57025 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-570252014-03-03T03:01:31Z О влиянии горных лесов на высокие паводки Иванов, В.А. Прусов, А.В. Научные основы комплексного использования природных ресурсов шельфа На основе гидравлической модели водостока, адаптированной к бассейнам рек Дунай и Днестр, оценены расходы и высота воды, обусловленные аномальными ливневыми осадками. Показано, что в некоторых регионах роль лесного полога в понижении пиковых уровней воды во время ливневых паводков может быть значительна. Based on the inflow hydraulic model adapted to the basins of the Danube and the Dniestr rivers the water discharge and height stipulated by anomalous cloudburst precipitation are estimated. It is shown that in some regions the role of forest canopy in decrease of peak water levels during cloudburst floods can be important. 2005 Article О влиянии горных лесов на высокие паводки / В.А. Иванов, А.В. Прусов // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 407-414. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57025 551.46:532 ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научные основы комплексного использования природных ресурсов шельфа Научные основы комплексного использования природных ресурсов шельфа |
| spellingShingle |
Научные основы комплексного использования природных ресурсов шельфа Научные основы комплексного использования природных ресурсов шельфа Иванов, В.А. Прусов, А.В. О влиянии горных лесов на высокие паводки Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| description |
На основе гидравлической модели водостока, адаптированной к бассейнам рек Дунай и Днестр, оценены расходы и высота воды, обусловленные аномальными ливневыми осадками. Показано, что в некоторых регионах роль лесного полога в понижении пиковых уровней воды во время ливневых паводков может быть значительна. |
| format |
Article |
| author |
Иванов, В.А. Прусов, А.В. |
| author_facet |
Иванов, В.А. Прусов, А.В. |
| author_sort |
Иванов, В.А. |
| title |
О влиянии горных лесов на высокие паводки |
| title_short |
О влиянии горных лесов на высокие паводки |
| title_full |
О влиянии горных лесов на высокие паводки |
| title_fullStr |
О влиянии горных лесов на высокие паводки |
| title_full_unstemmed |
О влиянии горных лесов на высокие паводки |
| title_sort |
о влиянии горных лесов на высокие паводки |
| publisher |
Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| publishDate |
2005 |
| topic_facet |
Научные основы комплексного использования природных ресурсов шельфа |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57025 |
| citation_txt |
О влиянии горных лесов на высокие паводки / В.А. Иванов, А.В. Прусов // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 407-414. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| series |
Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| work_keys_str_mv |
AT ivanovva ovliâniigornyhlesovnavysokiepavodki AT prusovav ovliâniigornyhlesovnavysokiepavodki |
| first_indexed |
2025-07-05T08:19:21Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:19:21Z |
| _version_ |
1836794314202546176 |
| fulltext |
402
УДК 551 .46 :532
В.А.Иванов, А.В .Прусов
Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь
О ВЛИЯНИИ ГОРНЫХ ЛЕСОВ НА ВЫСОКИЕ ПАВОДКИ
На основе гидравлической модели водостока, адаптированной к бассейнам рек
Дунай и Днестр, оценены расходы и высота воды, обусловленные аномальными лив-
невыми осадками. Показано, что в некоторых регионах роль лесного полога в пони-
жении пиковых уровней воды во время ливневых паводков может быть значительна.
Разрушительные последствия высоких паводков в Украинских Карпа-
тах, их повторяемость и весьма вероятный рост в будущем уже сейчас тре-
буют усиленного внимания, привлечения комплекса мер для возможного
ослабления их влияния, предупреждения о них. Эти меры, например, строи-
тельство инженерных сооружений, рациональное ведение сельского и лес-
ного хозяйства, требуют значительных капиталовложений, при том, что по-
ложительный результат они дадут не сразу. Предварительные оценки, отно-
сящиеся к вероятности повторения и даже усиления паводков в Карпатах,
вызывают серьезное беспокойство. Угроза региону в будущем, исходящая
от паводков, может только возрасти, если принять во внимание низкую и
неуклонно снижающуюся лесистость (около 50 %), большое количество
осадков (до 1600 мм/год), которое может еще увеличиться из-за весьма ве-
роятного потепления климата. Поэтому уже сейчас требуются обоснован-
ные сценарии возможного развития паводков и селей, с тем, чтобы знать,
что нас может ожидать и какие меры возможно предпринять уже сегодня. В
частности, важно обоснованно оценить роль горных лесов в ослаблении вы-
соких паводков. Полемика по этому вопросу разгорается после каждого
очередного катастрофического паводка [1 – 3].
После наводнения в августе 2002 г. страны Центральной Европы уже
обсудили всевозможные меры защиты от паводков и наводнений, в том
числе меры предупреждения и обоснованные рекомендации, планируемые
получить с помощью моделей [4], адаптированных к бассейнам рек Дуэро
(Дору), Тахо, Одер, Дунай, Рона, Рейн, По, Эльба, Тиса.
Цель этой работы – получить на основе гидравлической модели водо-
стока [5] предварительные оценки влияния лесного полога на снижении пи-
ковых уровней воды во время ливневых паводков.
Оценка ливневого стока. Напомним основные географические и гид-
рометеорологические характеристики исследуемого региона и основные фак-
торы, влияющие на динамику паводка [6 – 8]. Закарпатская область разме-
щена в наиболее увлажненном регионе Украины. Основную часть поверхно-
стных вод составляет речной сток, который достигает 576000 м3 с 1 км2 в год
(в среднем по Украине 88500 м3 с 1 км2 в год). По территории области про-
текают 9429 водостоков общей протяжённостью 19866 км, из них 9277 ма-
лых рек длиной до 10 км, что составляет 79 % всех водостоков, их общая
длина 16248 км. Имеется 152 реки длиной свыше 10 км и 4 реки длиной
© В .А .Иванов , А .В .Прусов , 2005
403
100 км. Общая длина больших рек 3618 км. Средняя плотность рек 1,7 км на
1 км2 (в горах 2 км/км2, в низине 1,3 км/км2). Общая площадь зеркала по-
верхностных вод (рек, озер, каналов, прудов) 15000 га.
Большая часть речной системы области принадлежит бассейну реки
Тиса. Горные реки составляют 75 % площади водосбора, равнинные 25 %.
Средняя высота водосборов 800 – 1200 м, средний уклон 20 – 30 %, ширина
водосборов 10 – 30 км. Среднее многолетнее количество осадков на терри-
тории области 939 мм, из которых 549 мм направляется на формирование
речного стока, 390 мм – на выпаривание. По всей территории области в
среднем стекает 19,8 л/с с 1 км2, или 8 км3/год, что составляет 16 % стока Ук-
раины. Около 2 км3/год составляет транзитный сток рек, которые вытекают
из-за границ области (Вишеу, Иза, Ублянка, Уличанка и прочие). С 1 км2 тер-
ритории области в среднем стекает 625000 м3 воды (по Украине 83000 м3).
Из всего речного стока 40 % составляют дождевые воды, 30 % – снеговые,
30 % – грунтовые.
Для рек характерны весенние наводнения, а также наводнения на про-
тяжении всего года (8 – 10 наводнений). В половодный период (март, ав-
густ) формируется 55 – 70 % стока. Продолжительность стояния высоких
уровней часто не превышает 4 – 8 суток. На малых реках уровень воды во
время дождевых паводков может превышать максимальный уровень поло-
водья. Это характерно для речных бассейнов, например, Днестра, Прута, где
наивысшие уровни наблюдаются в разное время в течение теплого периода.
На рис.1 показана карта паводков и наводнений в западной части Украины.
Высота паводков определяется климатом и ландшафтными особенностями
территории, а также зависит от площади бассейна: модуль максимального
Р и с . 1 .Карта многолетних наблюдений за паводками и наводнениями в западной
части Украины (по данным [7]). Цифры у изолиний – высота воды (м).
404
стока уменьшается с увеличением бассейна [9 – 11]. Поэтому, сравнивая
модули разных рек, всегда следует учитывать размеры бассейна. В данном
бассейне величина паводкового стока зависит: от характеристик дождя –
слоя выпавших осадков, их интенсивности и продолжительности, от влаго-
насыщенности бассейна к началу дождя – дефицита влаги в почве и наличия
воды на поверхности.
При слабых, хотя и продолжительных дождях почва в состоянии по-
глощать всю воду и значительные паводки не образуются. Наиболее опас-
ными являются интенсивные и продолжительные ливни. Если дожди сле-
дуют друг за другом в течение нескольких дней, например, в случае прохо-
ждения серии циклонов, то каждый последующий дождь будет более эф-
фективным с точки зрения формирования стока, т.к. насыщенность бассей-
на влагой постепенно повышается. Обычно большие паводки как на равни-
не, так и в горах образуются при продолжительных ливнях.
Основные потери дождевых осадков происходят в результате инфильт-
рации в почву. Часть воды расходуется на смачивание растительности и за-
полнение бессточных углублений. В лесу вода задерживается в моховом
покрове и в подстилке, а в болотистой местности идет на насыщение тор-
фяной массы. Испарение играет роль главным образом в промежутках меж-
ду дождями. Наиболее благоприятные условия для образования паводков
наблюдаются после весеннего снеготаяния, когда почва увлажнена до со-
стояния наименьшей влагоемкости. Летом почва иссушается испарением и
транспирацией и способна интенсивно поглощать воду. Осенью вследствие
уменьшения испарения и возрастания осадков инфильтрационная способ-
ность снова понижается.
В соответствии с изменением влажности почвы изменяется и паводко-
образующая эффективность осадков. Сразу же после схода снега коэффици-
ент дождевого стока высок. В горных районах в отдельные паводки он мо-
жет достигать 0,7 – 0,8. Летом величина его понижается, но затем снова
возрастает к осени. В некоторых районах Украины наблюдаются зимние
паводки, возникающие при сильных оттепелях, иногда сопровождающихся
дождями. Интенсивность зимних паводков связана с температурой воздуха,
а также жидкими осадками.
Растительный покров оказывает влияние на метеорологические условия
(за счет роста коэффициентов турбулентного обмена), которые также изме-
няются и по другим причинам: транспирация, задержание твердых и жид-
ких осадков и др. Растительный покров влияет на речной сток и, наоборот,
сток влияет на растительный покров. Солнечная радиация в лесу тем мень-
ше, чем больше деревьев на единицу площади. Лес может задержать до
99 % солнечной радиации по сравнению с открытой местностью. Темпера-
тура воздуха в лесу днем понижена, ночью она выше, чем на открытой ме-
стности. Скорость ветра в лесу снижается в несколько раз в зависимости от
густоты леса (до 6 раз). Влажность воздуха в лесу летом выше, чем в поле.
Влияние леса на влажность малое. В основном оно обусловлено изменением
лесом температуры воздуха.
Увеличение количества жидких осадков над лесом и задержание осад-
ков на кронах деревьев взаимно компенсируются [11], и количество жидких
405
осадков, достигающих почвы в лесу, в среднем примерно равно количеству
жидких осадков, выпадающих на открытых пространствах. При катастро-
фических ливнях задержание лесом жидких осадков, конечно, может суще-
ственно повлиять на рекордные уровни подъема воды во время паводка, что
мы ниже и попытаемся показать. Нужно отметить, что данных наблюдений
о задержании жидких осадков пологом леса очень мало, и они, как правило,
носят разрозненный характер. Это связано с трудностью проведения экспе-
риментальных работ. Приведем некоторые результаты (рис.2) о задержании
осадков пологом леса из [12]. Их мы будем в дальнейшем использовать, мо-
делируя сценарий ливневого паводка.
Лес способствует переводу поверхностного стока в подземный, за счет
этого весенний сток понижается, а водность летней и зимней межени уве-
личивается. Однако регулирующая его роль неодинакова в разных климати-
ческих зонах и зависит, кроме того, от многих факторов: распределения на-
саждений на водосборе, видового состава, возраста и сомкнутости леса,
почво-грунтов и рельефа [10]. Именно поэтому количественная оценка
влияния леса на сток половодья у разных авторов сильно расходится.
Сложность учета влияния леса объясняется еще и тем, что факторы, связан-
ные с лесом, действуют часто в противоположных направлениях, и выде-
лить влияние каждого из них весьма трудно. Разрешить эту сложную про-
блему можно только с помощью аккуратных модельных расчетов.
Рассмотрим сценарий развития летнего ливневого паводка в регионе
Западной Украины. В качестве начального уровня воды в реках возьмем
уже вычисленный нами [5] по данным [13] стационарный уровень, относя-
щийся к августу 1984 г. Будем считать, что на рассматриваемый регион
сначала за двое суток выпала месячная норма осадков (см. временной ход
1-мин и суммарных осадков на рис.4), а далее выпадала обычная августов-
Р и с . 2 .Задержание (%) дождевых осадков в процессе выпадения
дождя пологом различных древостоев (Сс – сомкнутость полога) [12].
406
ская норма осадков. Здесь мы брали для расчетов не сами осадки, а уже вы-
численный в [13] склоновый сток Rs [5]. Его пространственное распределе-
ние показано на рис.3.
Два варианта первых двух суток временного хода 1-мин значений стока
Rs вместе с суммарным стоком (сплошная линия) приведены на рис.4. По-
добный временной ход осадков наблюдался в городах Zinwald и Fichtelberg
во время катастрофического наводнения в Центральной Европе в августе
2002 г. [14].
Проведем модельные расчеты с учетом задержания воды лесным поло-
гом и без учета лесов. На рис.5 показано распределение хвойных и смешан-
ных лесов в Карпатах по данным массива из 243 экосистем [15]. Использу-
ем данные о задержании жидких осадков (рис.11 из [12]). Будем считать,
что полог горного хвойного леса задерживает осадки как ельник с сомкну-
тостью полога 0,6 – 0,7, а полог смешанного леса – как березняк с сомкну-
тостью стволов 0,5 – 0,7. Более точных данных о задержании жидких осад-
ков у нас пока нет (некоторая информация имеется еще в [11, 16]). На дан-
ной стадии важно решить вопрос в принципе.
Рассмотрим модельные кривые изменения уровня воды (рис.6) в услов-
ных пунктах 1 – 8 (положение этих пунктов показано на рис.5). Приведены
результаты только для случая 1-го ливня (на рис.4 – в первые сутки сильный
Р и с . 3 .Пространственное распределение поверхностного стока (мм) перед
началом модельного ливня (по данным модели стока [13]). Цифрами 1,…, 8
отмечены «пункты», для которых будут приведены гидрографы (см. рис.6).
Кружочками отмечены реальные пункты наблюдений.
407
Р и с . 4 .Два модельных варианта 1-мин значе-
ний стока Rs и суммарный сток (––––).
Р и с . 5 .Пространственное распределение хвойных горных и смешанных
лесов (по данным [15]).
408
ливень, во вторые сутки – более слабый; быстрая реакция системы на изме-
нения временного хода ливня видна на всех кривых, поэтому результаты
моделирования для второго ливня здесь не приводятся). Видно, что сниже-
ние пологом леса пика подъема воды в п. Днестр 1 почти не заметное, а в
п.Днестр 2 и п. Днестр 3 – значительное, что объясняется меньшей лесисто-
стью водосбора для п. Днестр 1 и большей для п.п. Днестр 2 и 3. Самые за-
метные поправки в пиковые уровни воды лесной полог вносит в п.8 (Тиса).
Кроме того, лес не только снижает максимальные уровни, но и задерживает
приход паводковой волны на несколько часов. Изучение полной картины
пространственно-временного распределения объемов воды и подъема уров-
ня показывает, что в некоторых местах на реках Прут, Тиса, Днестр, а также
и на некоторых малых реках снижение пологом леса уровня воды может
оказаться существенным. Т.е. выводы о влиянии полога леса на уровни во-
ды при высоких паводках нужно делать не из общих соображений, а путем
расчетов для каждого конкретного региона. (Заметим [5], что скорость про-
движения паводка в наших расчетах может быть завышена из-за слишком
большого шага вычислений по горизонтали (1 км) и сильной извилистости
рек исследуемой области. В дальнейшем предполагается провести более
точные расчеты по данным о возвышении уровня с горизонтальным разре-
шением порядка 60 – 90 м).
Заключение. С помощью модели водостока, описанной в [5], где по
данным о возвышении земной поверхности с шагом по горизонтали в 1 км,
пространственным производным возвышения, склоновом и подземном сто-
ке позволяет рассчитывать объемы, расходы и уровни воды в реках. Рас-
смотрено развитие паводка в двух случаях аномально высоких ливней. По-
казана зависимость развития паводка в реках Днестр, Тиса и Прут от объе-
мов и времени выпадения осадков, а также количества и качества лесов в
некоторых районах Украинских Карпат. Пробные расчеты показывают, что
Р и с . 6 .Изменения уровня воды без учета (–––) и с учетом (- - -) леса.
409
влияние лесного полога на пиковые уровни воды во время ливневых павод-
ков, может быть значительным. Т.е. исследования в этом направлении сле-
дует продолжать, привлекая новые, более точные данные.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сытник К. Уничтожение лесов и экологические катастрофы // Зеркало недели.–
28 октября 2000 г.
2. Листопад О. Закарпатье – пару лет спустя // Лесной бюллетень.– № 17-18.–
июль 2001 г.
3. Стойко С. Паводки в Закарпатье и судьба горных лесов // Зеркало недели.–
№ 14 (338).– 7 апреля 2001 г.
4. Ad de Roo, Jutta Thielen, Guido Schmuck. 2003. Floods in Central Europe 2002.
Proposal for extension of lisflood activities to the Elbe and Danube.– http://natural-
hazards.jrc.it.
5. Иванов В.А., Прусов А.В. Адаптация гидравлической модели водостока к бас-
сейнам рек Дунай и Днестр // Экологическая безопасность прибрежной и
шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа.– Севастополь:
ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. (настоящий выпуск)
6. Атлас мирового водного баланса.– Л.: Гидрометеоиздат, 1974.– 126 с.
7. Атлас Украïни. Версия 1.0. Iнститут географiï НАН Украïни, 1999-2000. Iнте-
лектуаьнi системи ГЕО, 1999-2000.
8. Соседко М.Н. Особенности пространственной структуры полей осадков на тер-
ритории Украинских Карпат // Тр. УкрНИГМИ.– 1980.– вып.180.– С.81-85.
9. Апполов Б.А. Учение о реках.– М.: Изд. МГУ, 1952.– 522 с.
10. Давыдов Л.К., Дмитриева А.П., Конкина Н.Г. Общая гидрология.– Л.: Гидроме-
теоиздат, 1973.– 462 с.
11. Чеботарев Н.П. Учение о стоке.– М.: Изд. МГУ, 1962.– 406 с.
12. Волокитина А.В., Софронов М.А. Влияние полога леса на задержание, проник-
новение и распределение жидки осадков // Метеорология и гидрология.– 2001.–
10.– С.80-88.
13. Fekete B.M., Vörösmarty C.J., Grabs W. Global, composite runoff fields based on
observed river discharge and simulated water balances.– WMO-Global Runoff Data
Centre.– Report #22.– Koblenz, Germany, 1999.
14. Ulbrich U., Brücher T., Fink A.H., Leckebusch G.C., Krüger A., Pinto J.G. The
central European floods of August 2002: Part 1. Rainfall periods and flood
development // Weather.– 2003.– v.58.– С.371-391.
15. Masson V., et al Global database of land surface parameters at 1 km resolution in
meteorological and climate modeles // J. Climate.– 2003.– v.16, № 9.– Р.1261-1282.
16. Карпечко Ю.В. Оценка пространственной и временной неоднородности задер-
жания жидких осадков пологом леса // Лесоведение.– 1997.– 4.– С.64-70.
Материал поступил в редакцию 23 .02 .2005 г .
|