Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов Центрального и Восточной Европы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российская Академия наук

Институт водных проблем

воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов центральной и восточной европы

25.00.36 «Геоэкология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Кузьмина Жанна Вадимовна

Москва 2007

Работа выполнена в Институте водных проблем РАН.

Научный консультант: Доктор географических наук Нина Максимовна Новикова

Официальные оппоненты:

Доктор географических наук Алексей Сергеевич Викторов

Доктор географических наук Елизавета Алексеевна Востокова

Доктор географических наук Николай Иванович Коронкевич

Ведущая организация: Кафедра биогеографии Географического факультета МГУ им. Ломоносова

Защита состоится 12 ноября 2007 г. в 13 часов на заседании Диссертационного Совета Д.002.040.01 при Институте водных проблем РАН по адресу: Москва, 119333, ул. Губкина, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВП РАН.

Отзывы на автореферат (в 2 экземплярах, заверенные печатью учреждения) просьба направлять ученому секретарю Диссертационного Совета Д.002.040.01 по адресу: Москва, 119333, ул. Губкина, 3, ИВП РАН, факс (495) 135-54-15.

Автореферат разослан ………………………..2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета,

д.г.-м.н., профессор Р.Г. Джамалов

Актуальность темы. Гидротехническое строительство существенно изменяет экологические естественные взаимосвязи в пойменных экосистемах. Очень часто эти изменения (или нарушения) нельзя заметить сразу же, или диагностировать тотчас. Зарегулирование стока рек обычно постепенно, на протяжении многих десятилетий, является основным фактором разрушения типичных ландшафтов в пойменных и дельтовых областях. Следствием этих исторических экологических изменений является возникновение огромных экологических проблем (гибель пойменных дубовых и ивовых лесов, заболачивание и опустынивание, ухудшение лугов и пастбищ на Волге, Днепре, Дону, Каме, Сейме и других реках Центральной России). Часто они приводят к настоящим катастрофам, таким как Аральский кризис (Авакян, Салтанкин, Шарапов, 1987; Антропогенные воздействия на водные ресурсы …, 2003; Глазовский, 1990; Коронкевич, 1990; Коронкевич, Малик, 1992; Положенцев, Савин, 1976; Старцев, 1996; Шульга, 2002; Jahrling, 1995; Henrichfreise, 1996; Hochwasserschutzmassnahmen…, 1988; Hugin, Henrichfreise, 1992).

Сегодня известно, что в результате масштабных гидротехнических преобразований основательно нарушаются ландшафты не только в поймах, но и в долинах рек. Последствия этих влияний на долинные ландшафты крупных рек таких как Волга, Кама, Днепр, Дон, Шексна и др. отмечается на расстоянии до 100 км вдоль по течению и в полосе до 5-10 км вглубь обоих берегов реки (Авакян, Салтанкин, Шарапов, 1987; Hochwasser…, 1988).

Экологические изменения, вызываемые подобными нарушениями значительно понижают плодородие почв и продуктивность лугов, иногда влияют даже на здоровье населения (Глазовский, 1990; Ильина, 1997; Плисак, 1981; Плисак, Огарь, Султанова, 1989; Новикова, 2005). Поэтому сохранение типичной пойменной растительности во всем мире в последнее время рассматривается как международная проблема (The Plan-European Biological and Landscape Diversity Strategy, 1996; Mitlacher, 1997; Petersen et al., 2000; Novikova et al., 2001).

В то же время влияние на пойменные и дельтовые экосистемы низконапорных гидротехнических сооружений (НГС) с подпорами воды 2-7 м), которые значительно чаще распространены на европейском континенте, изучено недостаточно. И это связано с объективными причинами. Подобные нарушения в ландшафтах имеют неявновыраженный характер, они достаточно ограничены в пространстве (поймой), отличаются затяжными и длительнопротекающими процессами. Поэтому до сих пор не оценено их влияние на экосистемы. К этому следует добавить, что пойменные ландшафты на большей части Евразии менее исследованы, чем водораздельные территории, в силу их локального распространения и меньшей хозяйственной значимости. При этом очень велика их роль в сохранении разнообразия организмов и сообществ, в поддержании равновесия в круговороте вещества и энергии. Таким образом, актуальность темы заключается в том, что сегодня стало возможным изучение как начальных стадий процессов, так и их отдаленных во времени последствий, связанных с гидротехническими преобразованиями 30-50-х годов. Кроме того, во всем мире пришли к пониманию, что необходим новый подход к выделению и сохранению заповедных территорий в поймах и дельтах. Сегодня стало совершенно ясно, что простые меры охраны против прямого антропогенного воздействия, такого как вырубки, перевыпас, загрязнение, пожары и пр., не способны сохранить экосистемы пойм. При разработке и планировании различных гидротехнических мероприятий необходимо принимать во внимание, что пойменные экосистемы интразональны. Это означает, что в их развитии и функционировании главным является гидрологический фактор. В естественных природных условиях гидрологический режим полностью определяет режим грунтовых вод в пойме, формирование и функционирование экосистем (почвенного и растительного покровов, а так же животного населения). Факторы так называемого косвенного антропогенного воздействия (изменение гидрологического режима рек и обводненности прилегающих территорий), приводят к полной смене одних экосистем на другие, менее ценные, менее разнообразные и низкопродуктивные. Актуальность темы также определяется необходимостью выработки новых подходов к принципам выделения и поддержания функций именно пойменных заповедников.

В настоящее время сохраняется потребность регулирования рек. При этом требуется анализ и оценка развивающихся во времени и пространстве последствий для природной среды и экономики. На большей части территорий Центральной и Восточной Европы ландшафты речных долин трансформированы в связи со строительством гидротехнических сооружений, нанесен ущерб биоразнообразию, продуктивности и хозяйственной ценности экосистем. Возникла проблема трансформации экосистем речных пойм в условиях зарегулирования речного стока.

Новизна

Таким образом, впервые обозначена проблема существенного влияния низконапорных гидротехнических сооружений (НГС), отличающегося значительным запаздыванием во времени проявлений последствий преобразования стока в ландшафтах речных долин для решения которой разработана теория пространственно-временной динамики пойменных экосистем под влиянием НГС.

При создании низконапорных гидротехнических сооружений в пойменных ландшафтах происходят медленнотекущие (20-50 лет) изменения в цепи геоэкологических связей.

Инициирующими факторами преобразований ландшафтов пойм являются: изменения режима речного стока и режима уровня грунтовых вод (УГВ). Проявлением этого становятся изменения амплитуды колебания УГВ, что является ведущим фактором в цепи экологических изменений в пойме.

В почвенном и растительном покровах ведущими процессами можно считать изменение характера и интенсивности почвообразования, а также структурно-функциональные изменения в организации экосистем, особенно, их основного эдификатора - растительности (на разных экологических уровнях поймы).

Большое количество НГС и повсеместное их распространение приводит к полному преобразованию исходных природных ландшафтов речных долин. Ареалы преобразованных ландшафтов сливаются в единый сплошной контур в пределах отдельных регионов и природных зон. Таким образом, происходит расширение по площади (укрупнение или регионализация) локальных нарушений природной среды под влиянием НГС.

Объектами исследования являются экосистемы речных пойм Германии (средняя Эльба, средний Дунай) и Центральной России (бассейн р.Сейм).

Выбор объектов исследования обусловлен:

ухудшением состояния пойменных заповедных экосистем Германии и России в последнее время;

расположением речных пойм в пределах одной природной зоны (широколиственных лесов), что дает возможность сравнительного изучения природной среды;

недостаточной изученностью пойменных экосистем вообще и в пределах зоны широколиственных лесов, в частности;

интенсивным хозяйственным использованием поймы человеком.

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка методических основ и оценки последствий создания низконапорных гидротехнических сооружений для экосистем речных пойм широколиственной зоны Центральной и Восточной Европы.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи: низконапорный гидротехнический речной сток

Выявление и оценка характера антропогенных изменений речного стока и заливания поймы при создании НГС на фоне естественных гидрологических и климатических флуктуаций в пределах регионов исследования:

анализ изменений водного режима (т.е. колебаний во времени среднегодовых, максимальных и минимальных уровней и расходов воды) за весь период инструментальных наблюдений;

выявление многолетних и сезонных изменений основных климатических характеристик (атмосферных осадков и температуры воздуха: средней, максимальной и минимальной);

определение особенностей заливания пойм при зарегулировании.

Изучение закономерности трансформации природной среды во времени при зарегулировании:

установление состава природных комплексов пойм и их естественной динамики;

выявление механизмов трансформации природных комплексов;

определение основных тенденций развития природных комплексов при зарегулировании.

Разработка диагностики трансформаций природных комплексов речных долин на основе представлений о стадийности процессов:

поиск видов растений-индикаторов;

установление сообществ-индикаторов и/или индикационного изменения структуры сообществ;

диагностика микроочаговых проявлений в растительности и почвах;

построение эволюционно-динамических рядов природных комплексов для различных режимов функционирования пойм.

Разработка научных основ рационального природопользования в поймах рек в условиях зарегулирования НГС:

разработка метода оценки опасности нарушений экосистем от НГС и необходимости восстановительных мероприятий;

разработка стратегии природопользования (долгосрочные мероприятия) в долинах рек при воздействии НГС;

Основные положения, выносимые на защиту

1. Воздействие НГС представляет серьезную опасность существованию пойменных наземных экосистем.

2. Алгоритм решения проблемы оценки влияния НГС на наземные пойменные экосистемы, разработанный для проведения оперативного мониторинга антропогеннотрансформированных пойменных ландшафтов, выявления степени нарушенности экосистем и обоснования необходимости восстановительных мероприятий.

2. Динамика пойменной растительности, вызванная строительством НГС имеет единые индикаторы и индицирующие процессы в пределах одной географической зоны.

3. Экосистемы, в течении длительного времени нарушенные в результате создания НГС, отличаются очень слабыми разногодичными изменениями состава растительных сообществ (флуктуациями) и пониженным видовым разнообразием по сравнению с естественными.

4. Обоснованные экологические требования к управлению режимом речного стока, разработанные на основе всестороннего анализа зависимостей гидрологических и эколого-биологических показателей, а также природоохранной ценности территории и приоритетности выбора хозяйственной деятельности, позволяют решить проблему рационального природопользования при эксплуатации и создании НГС.

Научная и практическая значимость

Исследования позволили дать качественную оценку современного состояния растительности и почв пойменных территорий, находящихся на разных временных стадиях антропогенных (гидротехнических) нарушений.

Выявлены основные виды-индикаторы и индикационные изменения структуры сообществ под влиянием гидротехнического зарегулирования. Установлены эволюционно-динамические ряды природных комплексов для различных режимов функционирования пойм.

Обоснована система незамедлительных мер по сохранению пойменной растительности в среднем течении рек Эльбы, Дуная и их притоков, даны принципиальные рекомендации по рациональному использованию пойменных территорий и восстановлению растительности.

В работах по восстановлению пойменных экосистем необходимо учитывать общую схему динамики пойменной растительности для соответствующей географической зоны (в данном случае для зоны широколиственных лесов), а также частные схемы динамики ассоциаций, установленные в процессе исследований.

Выявленные тенденции изменения растительности позволяют прогнозировать состояние пойменных сообществ при существующем режиме поёмности и почвенно-грунтового увлажнения.

Апробация работы

Результаты исследований по теме докладывались на: научно-практическом семинаре “Водоохранные зоны: опыт практического применения и целесообразность развития” (Москва, 2006), III Международной научно-практической конференции “Экология речных бассейнов: ЭРБ-2005” (Владимир, 2005), XYII интернациональном Ботаническом конгрессе (Вена, 2005), Международной конференции “Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами” (Улан-Удэ, 2004), Всероссийском конгрессе работников водного хозяйства (Москва, 2003), заседании комиссии биогеографии Московского центра Русского Географического общества (2003), Всероссийской конференции “Актуальные проблемы водохранилищ” (Борок, 2002), II Международной научно-практической конференции “Экология речных бассейнов” (Владимир, 2002), Международном конгрессе Экватек 2002 - Вода: экология и технология (Москва, 2002), на VII и VIII Интернациональном конгрессах экологов (Италия, Флоренция, 1998; Сеул, Корея 2002); IX международном симпозиуме по биоиндикаторам “Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга” (Сыктывкар, 2001), международной конференции “Экологические проблемы бассейнов крупных рек -2” (Тольятти, Россия, 1998); VII интернациональном Дунайском конгрессе (Деггендорф, Германия, 1998) и других симпозиумах и конференциях, а также на расширенном заседании лаборатории Динамики наземных экосистем под влиянием водного фактора Института водных проблем РАН. Основные положения диссертации отражены в 48 статьях и разделах монографий, часть из которых приведена в автореферате, из них 5 опубликованы в журналах рекомендованных ВАКом.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 257 стр. основного (машинописного текста), а также 59 рисунков, 29 таблиц, 50 фотографий. Список литературы включает 325 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. Физико-географические условия региона исследований.

В главе рассмотрены физико-географические условия территорий исследований (рис. 1), находящихся в бассейнах рек Дунай (4905-

а)



б)

в)

Рис. 1 Районы полевых исследований в бассейнах: а) Эльбы, б) Сейма, в) Дуная Условные обозначения: a - гидрологические посты в населенных пунктах, б - плотины на реках, в - государственные заповедные территории (1 - Пфаттерау, 2-Гмюндерау, 3- Оберау-шляйфе, 4-Изармюнд, 5-Пильвайхс), г- планируемые государственные заповедники (6 - Мюльхам, 7-Винцер, 8 -Острова Вильсхофен), д - государственная граница, е - граница областей России, ж - существующие водо-хранилища, з - запланированные водо-хранилища, и - населен-ные пункты России

4832с.ш., 1210-1310в.д., Германия), Эльба (5205-5145 с.ш., 1155-1215 в.д., Германия) и Сейм (5200-5120с.ш., 3415-3650в.д., Россия), расположенных в зоне европейских широколиственных лесов и обладающих сходным типом интразональных экосистем. Подробно рассмотрены геолого-геоморфологическая характеристика, климатические особенности, а также соответствующий набор почв и типов растительности характерные для каждого из рассматриваемых бассейнов. Климатические особенности рассматривались на основе проведенного анализа метеорологических данных, взятых из климатических ежегодников, а также ежедневных климатических данных, поставляемых Россией и Германией во Всемирную Метеорологическую организацию. Особенности почвенного покрова проиллюстрированы многочисленными авторскими фотографиями почвенных разрезов.

Происхождение речных долин регионов исследования (Эльбы, Дуная и Сейма) связано с влиянием стока талых ледниковых вод, поэтому сверху плакорные равнины и речные террасы покрыты лессами (Дунай, Сейм) или покровными суглинками (Эльба, Сейм). Cреди рельефообразующих пород долин этих рек ведущую роль играют мела и мергели мезозоя, а также песчаники и известняки мезозоя и кайнозоя, поэтому почвообразующие материнские породы в долинах рек региона исследований обладают высокой карбонатностью.

Для всех регионов исследований характерны близкие значения многолетних средних и максимальных летних температур воздуха, среднемноголетних годовых значений относительной влажности воздуха (76-79%), среднемноголетнее количество годовых осадков (500-660 мм - бассейн средней Эльбы, 500-600 мм - Сейма, 600-800 - верхнего Дуная), а также преимущественное выпадение атмосферных осадков в летний период (53-65% для бассейна Эльбы; 55-68% - Дуная; 58-65% - Сейма).

Отличительной климатической особенностью зарубежной территории по сравнению с Российской являются значительно более теплые зимы. Среднемноголетние зимние температуры в бассейнах р. Дунай и р. Эльбы составляют +2.0 - +3.3С, в то время как в бассейне р. Сейм они отрицательны (-3.3С), причем абсолютные минимальные зимние температуры у нас на 10-13С ниже. Исключительно более сильными зимними морозами объясняется обеднение видового состава древесного яруса широколиственных лесов Восточной Европы по сравнению с однотипными лесами Западной Европы.

В почвенном покрове бассейнов трех обследуемых рек довольно много различий, которые определяются большей частью разными климатическими характеристиками зимнего периода, а также абсолютно отличными типологией и классификацией почв, принятой в России и Германии. Общим для всех трех регионов исследований является интразональный характер почвенного покрова, который в той или иной степени наследует зональные почвенные черты. Основными зональными вариантами почв для бассейна Эльбы являются оподзоленные буроземы и фальбуроземы, для бассейна Дуная - собственно буроземы и парабуроземы, для бассейна Сейма - светло-серые лесные, а также оподзоленные и выщелоченные черноземы.

Интразональная растительность зоны широколиственных лесов бассейнов трех обследованных рек (Эльбы, Дуная и Сейма) имеет больше общих черт, чем зональная, поскольку влияние водного фактора заметно сужает круг видов растений, обладающих толерантностью к колебаниям УГВ и паводковым затоплениям. В целом, наряду с общей флористической бедностью древесного яруса в широколиственных лесах, Центральноевропейские пойменные леса обладают большим флористическим разнообразием древесного и кустарникового ярусов, по сравнению с Россией.

Глава II. Методология, методы и материалы исследования.

Методология исследования основывается на структурном и ландшафтно-экологическом подходах, отражающих взаимосвязь внутриландшафтных природных процессов (или внутрисистемных связей).

В основе метода структурного подхода лежит идея целостности изучения системы природных объектов и их современной динамики. (Он обеспечивает возможность комплексного анализа всей совокупности процессов трансформаций природных комплексов).

Работа базируется на широком комплексе полевых исследований, с использованием инструментальной съемки, с закладкой топо-экологических трансект и профилей в верхних и нижних бьефах плотин, а так же в центральных частях зарегулированных участков рек, на которых проводятся комплексные повторные периодические исследования с использованием разнообразных методов полевого сбора данных и их последующей камеральной обработке (табл. 1).

Для того, чтобы оценить влияние НГС на экосистемы, работа выполнялась по двум направлениям: 1) оценивались многолетние изменения атмосферных осадков и речного стока в районах работ, в том числе особенности затопления пойм при зарегулировании и 2) изучались закономерности трансформации природной среды во времени при зарегулировании: определялись основные тенденции развития природных комплексов, устанавливались сообщества-индикаторы и индикационное изменение их структуры, строились эволюционно-динамические ряды природных комплексов для различных режимов функционирования пойм (Кузьмина, 1993; 1997б; 2003; 2005а,б; Кузьмина, Трешкин, 2001).

Исходными материалами являются результаты собственных полевых исследований с 1996-2001 год в России и Германии; собранные в архивах и библиотеках гидрологические и климатические данные; материалы, опубликованные в научной литературе; фондовые и картографические материалы Федерального агенства по охране природы Германии BfN и Комитета по землеустройству Курской области (табл. 2).

Исследования проводились в разные периоды по водности реки: в межень, в катастрофический летний паводок, при среднем многолетнем

Таблица 1

Методы исследования, обработки и анализа данных

Сбор информации	Обработка информации	Анализ информации
Метод географических аналогов (при обосновании выбора участков наблюдений).	Систематизация архивных и полевых материалов и создание отдельных баз данных для: гидрологических характеристик: --среднегод., среднемес., абс. макс. и абс. мин. расходы, --среднегод., среднемес., абс. макс. и абс. мин. уровни; почв: --морфологическое описание почвенных горизонтов по профилям, -- количественные данные лабораторных анализов; геоботанических описаний, включающих данные: --адреса, даты, географических координат, --характеристика местообитаний (рельеф, почвы, УГВ), --состав сообществ, обилие и высоту видов, проективное покрытие, ярусную структуру, и др., --характеристики локального антропогенного воздействия и др.	Статистический анализ многолетних рядов гидрологических характеристик: -метод скользящих средних; -метод автокорреляций; -разложение рядов среднегодовых характеристик на серии лет с положительными и отрицательными отклонениями (по отношению к норме).
Метод комплексного получения и регистрации данных современными техническими средствами.	Лабораторная (химическая) обработка почвенных проб для выявления а) кислотности и б) аморфного и несиликатного железа в почвенных профилях, а также наличия в них железо-марганцевых конкреций по методам: -- Мера-Джексона, --Тамма, --Зайдельмана.	Картографические методы анализа: --интерпретация, --экстраполяция, --сравнительный картографический, --совмещенный анализ карт.
Методы полевого сбора данных на местности: --рекогносцировочный, --топо-экологических трансект (инструментальн.), --ключевых участков; --микрокартографирование,	Статистическая обработка геоботанических данных по методам: --кластерного анализа (по методу средней связи); -- по коэффициентам сходства и разнообразия (Чекановского, Жаккара, Евклидовой дистанции).	Сравнительный географический анализ: --оценка экологических изменений на основе сравнения участков поймы с ненарушенным и нарушенным водным режимом; --оценка экологических изменений по временным интервалам для нарушенных территорий.
--комплексный ландшафтный, --геоботанической индикации.	Методика единого балльного перевода качественных данных обилия видов из разных геоботанических школ.	Методика выделения растительных индикаторов и их количественной оценки.
Сравнит.-морфолог. метод изучения почвенных профилей.	Ситематизация и установление таксономической принадлежности флористических сборов.	Методика индикации нарушений почв при изменении обводнения в поймах.

Таблица 2

Направления накопленной информации

климат	гидрология	рельеф	почвы	УГВ	расти-тельность	карты	литера-тура
Температура, tC, -среднегод., -средне-мес., - абс. максим., -абс. миним. (1932-2001); по 12 м/п	Расход, м3/c -среднегодовой, -среднемес., -абс. максим., -абс. минимальн. (1852-2001); по 42 г/п, из них за весь период по 12 г/п	Нивелировоч-ные ходы: -для площадей (ключевых участков), -по профилю рельефа, (1996-2000); всего 37	Морфологи-ческие описания (1996-2000); 190 почвенных профилей	Глубина залегания, м (1997-2000); 93 промера	Геоботанические описания (1996-2001); 1200 штук	Картированные выделы всего 7	Научные отечест-венные публи-кации
Осадки, мм: -средне- годовые, -средне- месячные (1896-2002); по 12 м/п	Уровень, м.абс. -среднегодовой, -среднемес., -абс. максим., -абс.минимальн. (1852-2001), по 46 г/п, из них за весь период по 15 г/п	Топо-экологические профили (1996-2000), всего 19, протяжен-ностью от 300 м до 2.0 км.	Почвенные образцы (1997-2000), 800 образцов	Амплитуда колебания УГВ, м для 44 точек	Гербарные сборы (1996-2000), 650 листов	Топографич.: М 1:1000, М 1:5000, М 1:10000, М 1:50000; исторические М 1:2500; почвенные: М 1:500000; растительн.: М 1:500000.	Научные зарубеж-ные публи-кации

уровне воды, выше и ниже среднего многолетнего уровня воды в реках.

Для решения поставленных задач выбирались экологические профили, расположенные на участках реки с естественным (незарегулированным стоком) и при зарегулировании. Для реки Эльбы, которая в пределах исследования не имеет плотин и шлюзов, выбраны аналоги на притоке первого порядка - реке Саале, которая впадает в основное русло.

В ходе исследований использовались методы исторических, экологических, географических аналогов, методы геоботанической индикации, экологического профилирования, статистической обработки и др., которые успешно развиваются в Российской Академии наук и в Федеральном агентстве по охране природы Германии.

С 1996 по 2001 годы проводились натурные полевые исследования на постоянных заложенных инструментальных поперечных ландшафтных профилях с подробным описанием растительных сообществ, почвенных разрезов (шурфов) и измерением глубины залегания установившегося уровня безнапорных грунтовых вод (УГВ) и открытой (свободной) поверхности водных объектов (рек и каналов). Для выявления многолетней динамики водности рек использованы ряды многолетних данных постоянных наблюдений за уровнем и расходом воды рек и каналов, официально опубликованные в гидрологических ежегодниках (Государств…, 1936, …, 1990; Deutsches…(a), 1953,..., 1996; Deutsches…(b), 1990,..., 1997; Gewaesserkundliches…(a), 1951,..., 1963; Gewaesserkundliches…(b), 1964,..., 1992; Gewaesserkundliches…(c), 1949; Jahrbuch…(a), 1940,..., 1943; Jahrbuch…(b), 1904,..., 1938), а также некоторые гидрологические данные и фондовые материалы, предоставленные Федеральным институтом гидрологии (BfG, Кобленц, Германия), Региональным агентством водного хозяйства Баварии (BFLW, Мюнхен, Германия) и Всероссийским НИИ гидрометеорологической информации (ВНИИГМИ-МЦД, Обнинск, Россия).

Изучение влияния зарегулирования рек при создании и функционировании гидротехнических сооружений на состояние пойменных ландшафтов проводилась на основе: сравнения 19 постоянных ландшафтно-геоботанических модельных профилях, протяженностью от 300 м до 2 км, которые располагались в охраняемых заповедных территориях среднего течения реки Дунай, среднего течения реки Эльбы и на р. Сейм (рис. 1). Модельные профили выбирались на основе метода географических аналогов и были выполнены на разных участках речных долин; сравнивались естественные и /или “условно естественные” территории и подвергшиеся гидротехническим воздействиям в различные временные отрезки. Исследования включают: подробные описания ключевых участков (почвы, УГВ, растительность); повторные обследования модельных участков (бурение до УГВ, описание растительности, отбор почвенных проб для последующих химических анализов). Для характеристики изменения аллювиальных почв была применена оригинальная методика оценки на основе диагностики уровня влажности почв и интенсивности ее колебаний в сезонных и многолетних циклах по морфологическим, физико-химическим и химическим индикаторным свойствам самих почв (Kouzmina, Treshkin, Avetjan, Henrichfreise, 2005).

Для выявления и оценки изменений растительного покрова пойм как на зарегулированных, так и на незарегулированных реках была использована типология растительных сообществ, отражающая признаки растительных сообществ с обязательным учетом его экологических и географических связей (Кузьмина, 1993; 1997б; 1997д; Novikova et. al., 1998; 2001). При этом использовалась разработанная нами шкала перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем. Для сравнения использованы собственные и опубликованные геоботанические материалы, выполненные в период до зарегулирования рек, около 200 собственных почвенных разрезов и многочисленные бурения до УГВ.

Для изучения закономерностей трансформации природной среды во времени при зарегулировании НГС, были разработаны специальные методики оценки происходящих экологических изменений. Это прежде всего методика выделения растительных индикаторов и эталонных участков и методика индикации почвенных нарушений при изменении естественного режима обводнения в поймах (основана на морфологических признаках протекания окислительно-восстановительных реакций в почвах).

Накапливаемая информация вносилась в базы данных в виде многочисленных таблиц Excel и Word. Подготовлены: гидрологическая, климатическая, геоботаническая и почвенная базы данных (табл. 2).

Глава III. Естественные и антропогенные гидрологические и климатические изменения.

3.1. Изменение режима речного стока и мезоклимата за исторический период.

В связи с возникшей проблемой климатических изменений (Будыко, 1977; Кондратьев, 1987; Кононова, Харламова, 1982; Клиге, 2000; Jones, Mann, 2004), для более корректного определения влияния речного стока на динамику пойменных экосистем при создании низконапорных гидротехнических сооружений (НГС), анализировались изменения водного режима рек (колебание во времени уровней и расходов воды) за весь период инструментальных наблюдений как для зарегулированных рек, так и для участков-аналогов с “условно” естественным стоком, а так же годовое и сезонное изменение атмосферных осадков для соответствующих постов.

Участки рек аналогичным образом были разделены по длительности функционирования в зарегулированном режиме, что можно рассмотреть на примере реки Дунай, где обследуемый участок реки, длиной 146.17 км, от г.Регенсбург до г.Пассау (2376.49-2230.32 км Дуная) был разделен на 4 части:

участок с “условно” естественным речным стоком реки от г. Пфеллинг до г. Вильсхофен (2305.53-2249.47 км Дуная) - 56.06 км;

недавно (с 1994 г.) зарегулированный участок реки (2353.66-2321.25 км Дуная) между плотинами Гайслинг (с 1987 г.) и Штраубинг (с 1994 г.) - 32.41 км;

давно (с 1987 г.) зарегулированный участок реки (2376.49-2353.66 км Дуная) между плотинами Швабельвайс (с 1965 г.) и Гайслинг (с 1987 г.) - 22.83 км;

очень давно зарегулированный участок реки - подтопленный участок верхнего бьефа плотины Кахлет (с 1926 г.), расположенный между городами Вильсхофен и Пассау (2249.47-2230.32 км Дуная) - 19.15 км.

Были определены изменения водного режима и особенности затопления пойм при зарегулировании. Для каждой реки установлены изменения среднегодовых, максимальных и минимальных уровней воды после зарегулирования по сравнению с периодом до изменения стока.

На модельных участках поймы при неизмененном стоке рек, и на участках пойм различного времени зарегулирования были заложены инструментальные экологические профили, где с 1996 по 2001 год проводились ежегодные экологические наблюдения за изменением растительности, почв и УГВ.

Были выявлены три различных ситуации, характерные для разных бассейнов рек: Эльбы (раздел 3.1.а), Дуная (3.1.б) и Сейма (3.1.в).

Анализ трендов среднегодовых уровней и расходов воды по длиннорядным (60-100 лет) гидрологическим постам выявил сходные тенденции для бассейнов рек Эльбы и Сейма. За последнее столетие выявлено увеличение водности этих рек в меженный период, а так же понижение уровней и расходов весенних разливов, что приводит к снижению амплитуды колебания многолетних уровней и расходов воды (табл. 3, 4). Подобные изменения приводят к стабилизации УГВ в вегетационный период, вызывают увеличение глееобразования в верхних и средних почвенных горизонтах и способствуют утрате естественной древесно-кустарниковой растительности пойм.

Для бассейнов рек Эльбы и Сейма в ХХ столетии выявлена тенденция к перераспределению атмосферных осадков в сторону их увеличения в зимний период (рис. 2, табл. 5), что также способствует изменению сложившихся почвенно-грунтовых условий в поймах.

Наибольшие изменения за многолетний период выявлены для средних наибольших значений уровней и расходов воды (частых паводков/половодий) рек Эльбы и Сейма, которые существенно понизились.

Для бассейна верхнего Дуная установлено повышение водности реки (расходов и уровней), связанное с увеличением выпадения атмосферных осадков за многолетний период. При этом наиболее значимо повышаются годовые минимальные (меженные) расходы и уровни воды, что приводит к активизации процессов заболачивания на нижних и средних уровнях поймы в незарегулированных частях реки (Штраубинг-Пассау) и к заболачиванию всех уровней поймы в зарегулированных частях реки (Регенсбург-Штраубинг).

Для всех обследуемых бассейнов (средняя Эльба, верхний Дунай, Сейм) выявлено достоверно значимое стабильное повышение меженных расходов

Таблица 3

Анализ трендов многолетних изменений годовых значений расходов и уровней в бассейне р.Сейм за период инструментальных наблюдений

		Значе-	Расход, м3/с	Уровень, м	Осадки, мм	Примечания
Река	Пост	ние	Период	Лет	Тренд	r	Период	Лет	Тренд	r	Значение	Период	Лет	Тренд	r	Наличие НГС
Сейм	Рыльск	Наиб.	1935-1990	53	-	0.26	1938-1990	46	-	0.31	Годовое	1918-1995*	73	+	0.44	Плотина выше
	51.57С,	Сред.	1935-1990	53	+ (0)	0.09	1938-1990	46	+	0.35	Летнее	1918-1995*	73	+ (0)	0.12	поста в 80км.
	34.7В	Наим.	1935-1990	53	+	0.67	1938-1990	46	+	0.42	Зимнее	1918-1995*	72	+	0.55	Сток не изменен.
Свапа	Старый город	Наиб.	1927-1990	63	-	0.38	1936-1990	50	- (0)	0.05						Плотина выше
	52.11С,	Сред.	1927-1990	63	+ (0)	0.06	1936-1990	50	+	0.65						поста в 45 км.
	35.07В	Наим.	1927-1990	63	+	0.80	1936-1990	50	+	0.72						Сток не изменен.
Сейм	Мутино	Наиб.	1926-1988	63	-	0.33	1936-1988	52	-	0.38	Годовое	1881-1995**	97	+	0.17	Сток не
	51.40С,	Сред.	1926-1988	63	+ (0)	0.03	1936-1988	52	+ (0)	0.06	Летнее	1881-1995**	97	+ (0)	0.08	изменен
	32.60В	Наим.	1926-1988	63	+	0.69	1936-1988	52	+	0.14	Зимнее	1881-1995**	96	+	0.25	НГС.
Сейм	Зуевка	Наиб.	1932-1990	56	-	0.26	1936-1990	47	-	0.29						Плотина выше
	51.38С,	Сред.	1932-1990	56	+ (0)	0.01	1936-1990	47	-	0.42						поста в 4.5 км.
	36.78В	Наим.	1932-1990	56	+	0.56	1936-1990	47	+ (0)	0.07						Сток изменен.
Сейм	Рышково	Наиб.	1928-1990	61	-	0.34	1928-1990	61	-	0.59						Подпор от плотины
	51.65С,	Сред.	1928-1990	61	-	0.17	1928-1990	61	-	0.57						(ниже поста в 0.5
	36.18В	Наим.	1928-1990	61	+	0.43	1928-1990	61	+	0.06						км). Сток изменен.
Тус-	Курск	Наиб.	1925-1990	65	-	0.36	1936-1990	55	+ (0)	0.02	Годовое	1896-1995	96	+	0.22	Плотины ниже и
корь	51.80С,	Сред.	1925-1990	65	+ (0)	0.07	1936-1990	55	+	0.72	Летнее	1896-1995	98	+ (0)	0.10	выше поста.
	36.20В	Наим.	1925-1990	65	+	0.67	1936-1990	55	+	0.84	Зимнее	1896-1995	93	+	0.20	Сток изменен.
* - осадки приводятся для г. Воронеж (51.7С, 39.1В); ** - осадки приводятся для г. Василевичи (52.3С, 29.8В). r - здесь и далее коэффициент корреляции линейного тренда с кривыми многолетних уровней, расходов или осадков; жирным шрифтом выделены коэффициенты корреляции со значимостью () - от 0.1 до 0.001.

Таблица 4

Анализ трендов многолетних изменений годовых значений расходов, уровней и атмосферных осадков в бассейне реки Эльбы за период инструментальных наблюдений

		Значе-	Расход, м3/с	Уровень, м	Осадки, мм	Примечания
Река	Пост	ние	Период	Лет	Тренд	r	Период	Лет	Тренд	r	Значение	Период	Лет	Тренд	r	Наличие НГС
		Наиб.	1900-2001	102	-	0.11	1901-2001	101	-	0.31	Годовое	1956-1994	38	+ (0)	0.01
Эльба	Барби	Сред.	1900-2001	102	+ (0)	0.01	1901-2001	101	-	0.50	Летнее	1956-1994	38	-	0.24	Нет
		Наим.	1900-2001	102	+	0.26	1901-2001	101	-	0.58	Зимнее	1956-1994	38	+	0.30
		Наиб.	1936-2001	66	-	0.14	1899-2001	103	-	0.33	Годовое	1956-1994	38	+ (0)	0.02
Эльба	Акен	Сред.	1936-2001	66	- (0)	0.05	1899-2001	103	-	0.26	Летнее	1956-1994	38	-	0.25	Нет
		Наим.	1936-2001	66	+	0.10	1899-2001	103	+ (0)	0.03	Зимнее	1956-1994	38	+	0.30
		Наиб.	1936-2001	66	-	0.23	1901-2001	101	-	0.28	Годовое	1956-1997	31	+	0.17
Эльба	Торгау	Сред.	1936-2001	66	- (0)	0.09	1901-2001	101	-	0.58	Летнее	1956-1997	31	-	0.35	Нет
		Наим.	1936-2001	66	+	0.20	1901-2001	101	-	0.58	Зимнее	1956-1997	31	+	0.16
		Наиб.	1852-2001	150	-	0.27	1852-2001	150	-	0.24	Годовое	1956-1995	40	+	0.12
Эльба	Дрезден	Сред.	1852-2001	150	+	0.11	1852-2001	150	-	0.43	Летнее	1956-1995	40	-	0.18	Нет
		Наим.	1852-2001	150	+	0.40	1852-2001	150	-	0.58	Зимнее	1956-1995	40	+	0.44
		Наиб.	1932-2001	70	+ (0)	0.07	1901-2001	101	- (0)	0.09	Годовое	1951-1994	44	+ (0)	0.05	Плотина выше поста в 0.5 км.
Саале	Гризене	Сред.	1932-2001	70	+	0.15	1901-2001	101	- (0)	0.08	Летнее	1951-1994	44	-	0.22	Сток изменен
		Наим.	1932-2001	70	+	0.41	1901-2001	101	+ (0)	0.08	Зимнее	1951-1994	44	+	0.39	плотиной.

Рис. 2 Многолетнее сезонное изменение осадков в среднем течении р.Эльбы: а) гидропост г. Акен р.Эльба; б) гидропост г. Дрезден р.Эльба; в) гидропост г.Кальбе р.Саале. Условные обозначения. Сумма атмосферных осадков: 1-годовая, 3- летнего периода, 5- зимнего периода с их линейными трендами (2, 4, 6) и коэффициентами корреляции

Таблица 5

Анализ трендов многолетних изменений годовых значений атмосферных осадков и температуры воздуха в зонах широколиственных лесов и лесостепи Европейской части России

Станция	Значе-	Период	Осадки, мм	Средняя tС воздуха	Минимальная tС воздуха	Максимальная tС воздуха
	ние		Лет	Тренд	r		Лет	Тренд	r		Лет	Тренд	r		Лет	Тренд	r
Василевичи	Годовое	1881-1995	97	+	0.17	0.10	95	+ (0)	0.10	н
52.3с.ш	Летнее	1881-1995	97	+ (0)	0.08	н	95	-(0)	0.12	н	84	+	0.22	0.05	61	-(0)	0.09	н
29.8в.д	Зимнее	1881-1995	96	+	0.25	0.05	96	+ (0)	0.09	н	84	+	0.28	0.05	60	-(0)	0.12	н
Курск	Годовое	1896-1995	97	+	0.22	0.05	99	+ (0)	0.11	н
51.8с.ш.	Летнее	1896-1995	98	+ (0)	0.11	н	99	-(0)	0.09	н	100	+	0.29	0.01	83	-	0.19	0.10
36.2в.д.	Зимнее	1896-1995	94	+	0.19	0.10	98	+	0.19	0.10	101	+ (0	0.07	н	82	-(0)	0.05	н
Воронеж	Годовое	1918-1995	76	+	0.47	0.001	77	+	0.19	0.10
51.7с.ш	Летнее	1918-1995	77	+ (0)	0.09	н	76	-(0)	0.07	н	77	+	0.36	0.01	77	-	0.14	н
39.1в.д.	Зимнее

Подобные документы

• Общая экономико-географическая характеристика стран Восточной Европы

  Географическое положение и природные ресурсы стран Восточной Европы. Уровень развития сельского хозяйства, энергетики, промышленности и транспорта стран данной группы. Численность населения региона. Внутрирегиональные различия стран Восточной Европы.
  
  презентация [1015,6 K], добавлен 27.12.2011
  

• Зона смешанных и широколиственных лесов

  Реки, озера зоны смешанных лесов и лесостепей. Тип почв в смешанной зоне. Испаряемость и коэффициент влажности. Температура, типы климата зоны. Растения, животные занесенные в Красную книгу. Семейство млекопитающих отряда хищных, их приспособления.
  
  презентация [8,5 M], добавлен 14.03.2011
  

• Природные зоны Евразии

  Природные зоны арктического и субарктического климатических поясов в Евразии. Сокращение численности животных, запрет на отстрел. Территории, занятые зоной смешанных и широколиственных лесов. Плодородие черноземных почв степей, полупустыни и пустыни.
  
  презентация [1,3 M], добавлен 17.02.2012
  

• Животный мир Евразии

  Фаунистическое районирование Евразии. История заселения материка. Современное распространение типичных представителей фауны: млекопитающих, рыб, птиц, пресмыкающихся и земноводных на территории Западной и Южной Европы, Восточной и Центральной Азии.
  
  реферат [758,7 K], добавлен 13.04.2010
  

• Причины распространения многолетней мерзлоты на территории Восточной Сибири

  Характеристика климатических и географических особенностей Восточной Сибири. Исследование влияния вечной мерзлоты на рельеф, почву и растительный мир. Описания методов строительства домов и промышленных зданий на сваях в условиях многолетней мерзлоты.
  
  реферат [13,0 K], добавлен 09.05.2011
  

• Развитие новых индустриальных стран Юго-Восточной Азии

  Век новой экономики. Особенности экономического развития стран Юго-Восточной Азии в 80-90 годы. Азиатский финансовый кризис. Ошибки экономической политики. Сравнительная характеристика НИС Юго-Восточной Азии и Латинской Америки.
  
  дипломная работа [81,1 K], добавлен 13.02.2007
  

• Величие и суровость Восточной Сибири

  Географическое положение Восточной Сибири. Особенности климата, рельефа, полезных ископаемых. Реки как транспортная система ландшафта Сибири. Байкал – самое чистое на Земле естественное хранилище пресной питьевой воды. Флора и фауна Восточной Сибири.
  
  презентация [2,7 M], добавлен 06.05.2011
  

• Региональные различия и проблемы демографического развития Европы

  Изучение региональных различий и проблем демографического развития Европы. Особенности формирования населения стран региона, процессов естественного движения в мезорегионах Европы. Анализ миграций и современного демографического положения стран Европы.
  
  дипломная работа [266,5 K], добавлен 01.04.2010
  

• Субрегионы зарубежной Европы

  Причины и характер изменений на политической карте мира. Особенности подразделения Европы на субрегионы. Европейский союз как наиболее яркий пример региональной экономической интеграции. Значение Шенгенского соглашения, партнерство между ЕС и Россией.
  
  контрольная работа [147,0 K], добавлен 19.11.2009
  

• Климатическое районирование Зарубежной Европы

  Климатообразующие факторы Зарубежной Европы. Распределение осадков по сезонам года. Климатические пояса. Ежемесячные данные о термическом режиме и динамике выпадения осадков. Влияние радиационных условий, а также воздействие общей циркуляции атмосферы.
  
  курсовая работа [38,4 K], добавлен 21.04.2014
  

• Влияние адвекции тепла на образование струйных течений нижних уровней

  Изучение струйных течений нижних уровней. Факторы, влияющие на их формирование. Анализ синоптической ситуации, которая создала термодинамические условия, явившиеся благоприятными для формирования СТНУ над несколькими пунктами Восточной и Западной Европы.
  
  презентация [1,3 M], добавлен 23.09.2019
  

• Природные зоны Евразии

  Природные зоны арктического и субарктического климатических поясов. Почвы, растительный и животный мир в тайге. Лесостепи и степи, их обитатели. Характерные особенности саванн, субэкваториальных и экваториальных лесов. Высотные пояса в Гималаях и Альпах.
  
  презентация [1,3 M], добавлен 12.02.2015
  

• Природные зоны России

  Животный мир в арктической зоне. Растительный покров тундры. Лесные и тундровые растительные группировки. Зона лесов на территории России. Благоприятные климатические условия и высокое плодородие почв лесостепи. Особенности климата степной зоны.
  
  презентация [8,7 M], добавлен 11.11.2014
  

• Природный мир Прибалтики

  Особенности географического положения Прибалтики. Типичность флоры Эстонии для зоны смешанных хвойно-широколиственных лесов. Разнообразие флоры и фауны Латвии. Влияние ледника на формирование литовской фауны. Природный мир Калининградской области.
  
  реферат [26,5 K], добавлен 27.04.2012
  

• Минск - ресурс социально-экономического развития Беларуси

  Минск как один из древних городов Европы, история создания и главные историческое памятники. Этапы развития города и его сооружений во времена СССР и после его развала, значение обретения Беларусью независимости. Социально-экономические ресурсы города.
  
  контрольная работа [33,8 K], добавлен 23.09.2009
  

• Малые озера и реки Сибири

  Общие сведения о Восточной Сибири как одном из крупнейших районов России. История ее исследования и изучения. Общая характеристика малых рек и озер Восточной Сибири, их гидрологические особенности, ценность и значимость, хозяйственное использование.
  
  реферат [396,0 K], добавлен 22.04.2011
  

• География энергопотребления Европы

  Топливно-энергетическое хозяйство зарубежной Европы, его основные ориентиры и тенденции развития. Общая характеристика, значение, особенности и источники снабжения, перспективные направления экспорта нефти, природного газа и электроэнергии в Европу.
  
  реферат [39,9 K], добавлен 24.11.2009
  

• Основные нефтегазоносные бассейны России

  Характеристика географического положения и природно-климатических условий Восточной Сибири. Особенности тектонического строения, геологии, рельефа, мощности основных нефтегазоносных бассейнов России. Резервы эффективного использования углеводородов.
  
  дипломная работа [7,1 M], добавлен 25.12.2015
  

• Северная и Островная Европа

  Природно-географические ресурсы Северной Европы, особенности климата и рельефа. Характеристика крупных островов, находящихся на побережье Европы. Главные достопримечательности Исландии. Развитие современного туризма в Европе, его направленности.
  
  контрольная работа [31,6 K], добавлен 03.11.2014
  

• Макрорегионы Зарубежной Азии, Африка и глобальные проблемы человечества

  Экономическая и географическая характеристика стран, находящихся в Юго-Западной, Южной, Юго-Восточной, Восточной Азии. Австралийский Союз и Океания: население, экономическое развитие. Природные ресурсы и хозяйство Африки. Глобальные проблемы человечества.
  
  реферат [21,6 K], добавлен 29.06.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам