Система наблюдений и измерения стока (лесная в-б площадка)

Состав наблюдений на стоковых площадках:

1) наблюдения над осадками по дождемерам и самописцам дождя,

расположенным в непосредственной близости у площадок;

2) производство снегомерных съемок в течение зимы, перед началом.

таянии для определения максимальных снегозапасов и а период таяния;

3) наблюдения над влажностью почвы, наблюдения над промерзанием оттаиванием почвы;

4) наблюдении над уровнями грунтовых вод на склоне и районе расположения площадок;

5) визуальные наблюдения над состоянием поверхности площадки.

Водно-балансовые площадки. Этот тип стоковых площадок, предложенный нами для изучения баланса влаги, стекающей по склону с различных горизонте.

Лесная водно-балансовая площадка располагается по соседству с водосбором Сосновою лога. Площадь ее 5174 м2. Площадка пред­ставляет собой верховую часть водосбора небольшого лога, южной экспозиции со средним уклоном поверхности 116^о/_оо, сплошь покрытого густым еловым лесом в возрасте 60—70 лет (бонитет 1, полнота 0,6), с кустарниками и ягодниками в подлеске. Почвы площадки среднеподзолистые. С поверхности залегают мелкозернистые пески, и супеси подстилаемые тяжелым моренным суглинком, мощность кото­рого изменяется от 0, 5 до 5 л. Средняя глубина залегания водоупора около 1,6 м, средний уклон водоупора 100°/_оо. Под суглинком располагаются разнозернистые пески. Площадка изолирована от окружающих грунтов глиняным замком, врезанным в водоупор (суглинок) на глубину порядка 20 см и окаймляющим ее по водоразделу и в нижней части по тальвегу. Толщина замка 25—30 см. Ни поверхность замок выступает и виде валика, окаймляющего площадку, высотой 25—30 см. На периферии площадки расположено 5 скважин для наблюдения уровней грунтовых вод. Осадки с записью их хода регистрируются с помощью самописца ”Валдай" в мерном баке; приемником осадков является крыша павильона измерительных устройств, имеющая площадь 8,4 м². Кроме того, суммарные величины осадков измеряются с помощью 15 дожде­меров Третьякова, расположенных в пределах площадки под кронами деревьев и в просветах между кронами. Поверхностный сток, грунто­вый сток и сток подпочвенный улавливаются так же, как на полевых водно-балансовых площадках с помощью лотка и коллекторов подземного стока. В павильоне, примыкающем к нижней стенке (замку) пло­щадки, расположен мерный бак с треугольным водосливом для сбора и измерений поверхностного стока, мерные баки для сбора грунтовых вод и осадков с крыши павильона, снабженные самописцами “Валдай”. Кроме того, производятся измерения количества воды, стекающей по стволам деревьев во время выпадения дождей. Окаймляющий площадку глиняный замок достаточно надежен и, веро­ятно, не допускает совершенно оттока вод за ее пределы. Подстилаю­щие водопроницаемые грунты тяжелые суглинки являются также доста­точно надежным водоупором. Изыскания, которые были проведены до строительства площадки, не обнару­жили разрывов сплошности водоупора. Но вместе с тем наблюдения стока дают основания предполагать, что на площадке имеет место отток воды в подстилающие водоупор пески. так как суммарный сток (грунтовый и поверхностный), наблюдаемый с площадки, ничтожно мал. Ничтожные величины поверхностного стока легко объяснить нали­чием рыхлой, хорошо поглощающей влагу лесной подстилки, что же касается грунтового стока, то он, вероятно, улавливается лишь частично. Можно предполагать, что наличие мошных корневых сплетений в толще грунтов площадки дает возможность проникать влаге в значительных количествах через водоупор, особенно в тех местах, где его толша является незначительной — порядка 0,5 м. Краткий период наблюдений на этой площадке не дает еще возможности произвести детальный ана­лиз этого вопроса, который весьма интересен, конечно, не только с точки зрения возможности получения замкнутого водного базиса этого, принятого для исследований объекта, но главным образом с точки зре­ния изучения условий и особенностей движения влаги в грунтах лесных водосборов.

 

 

Табл.

 

Год	Сток	мм
	Поверхностный	Грунтовый
	1,1 0,6 0,1	2,4 4,6 18,4

 

Лесная водно-балансовая площадка.

 

Схема устройства стоковых площадок.

1- нагорная канава, 2 - бетонный бортик, 3 - водосборный лоток, 4 - павильон с измерительной аппаратурой, 5 - защитный козырек лотка, 6 - предохранительный жестяной козырек.

 

 

Схема устройства водно балансовых площадок.

 

1 — нагорная канава, 2 — двойная бетонная и глиняная стенка. 3, 4 — скважины для наблюдения уровня грунтовых вод, 5 — лоток для сбора поверхностного стока, 6 — павильон с измерительной аппаратурой. 7, 12 — глиняный экран. 8 — крышка, 9 — металлическая перфорированная труба, 10 — трубка для противовеса поплавка уровнемера грунтовых вод, 11 — бетонный пояс.

 

Максимальный сток с лесных водосборов, сложенных песками, не превышает 100 л/(с-км²) и формируется в основном за счет грунтового стока.

Невысокие весенние половодья с максимумами 95—99%-ной обеспеченности (модули максимальных расходов воды в поле 300—200, а в лесу 80—50 л/(с*км²) формируются на неболь­ших полевых водосборах в основном за счет поверхностного стока, а на облесенных — за счет грунтового стока.

Значения максимального ливневого стока 1,5 и 50%-ной обе­спеченности на небольших полевых водосборах составляют со­ответственно 1000, 600 и 220 л/(с*км²), а на лесных —230, 170 и 60л/(с-км²). В табл. 107 приведены годовые значения стока и коэффициенты стока, а в табл. 108 даны их сезонные значения в годы различной водности, полученные по наблюдениям на полевом и лесном водосборах. По данным ВНИГЛ, средние многолетние значения коэффициентов стока составили для лесного и полевого водосборов соответственно для весеннего стока 0,35 и 0,75; для годового стока — 0,23 и 0,39.

 

 

ГОДОВОЙ СТОК (ММ) С ПОЛЕВОГО И ЛЕСНОГО ВОДОСБОРОВ ВНИГЛ

 

Таблица 107

Год	Лог Усадьевский (поле)	Лог Таежный (лес)
сток	коэффициент стока	сток	коэффициент стока
		0,28		0,11
		0,34		0,06
		0,41		0,26
		0,38		0,19
		0,30		0,14
		0,37		0,21
		0,56		0,37
		0,31		0,20
		0,44		0,28
		0,49 0,47		0,31 0,32
		0,49 0,40 0,36 0,39 0,50 0,21 0,26 0,32 0,42 0,36 0,50 0,48	299182 167 220 30084 80	0,32 0,27 0,22 0,24 0,32 0,13 0,11 0,20 0,28 0,18 0,25 0,25
Средний		0,39		0,23

 

Таблица 108 СЕЗОННЫЕ И ГОДОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СТОКА (мм)

В ГОДЫ С РАЗЛИЧНОЙ ВОДНОСТЬЮ (по О. И. Крестовскому)

Водосбор

Среднее за период 1960—66 гг.

Многоводный год

Маловодный год

зима

весна

лето

осень

год

зима

весна

лето

осень

год

зима

весна

лето

осень

1 год

Лог Усадьевский

Лог Таежный

1/

Слой стока

за сезон,

в %

от стока за

год

Лог Усадьевский

Лог Таежный

Аналогичные данные получены по наблюдениям на Истрин­ском опорном пункте ВНИИЛМ Московской области (табл. 109). По данным М. И. Львовича, полученным на экспериментальном участке Института географии АН СССР в Загорском районе Московской области, в среднем за три года коэффициент ве­сеннего стока на лесных площадках был в 2 раза меньше, чем на полевых. Максимальные модули стока с полевых угодий составили 395—691 л/(мин*га), а с леса — 96—183 л/(мин*га).

По результатам исследования А. И. Субботина на Подмос­ковной воднобалансовой станции, для малых водосборов лога Лесного и лога Полевого (полностью безлесного) коэффициенты стока весеннего половодья составили соответственно 0,16 и 0,75, а максимальные модули весеннего стока— 1229 и 250 л/(с*км²). По наблюдениям на Горетовской стоковой станции, на лесном водосборе лога Лесного и почти безлесном водосборе лога Школьного (лесистость 5%) коэффициенты стока весен­него половодья в среднем за 6 лет составили 0,33 и 0,65.

По данным И. С. Шпака, в районе Придеснянской станции, расположенной вблизи южной границы лесной зоны, коэффици­енты весеннего стока с облесенных водосборов обычно в 1,5— 3 раза, а при дождевых паводках в 2—10 раз ниже, чем с менее облесенных или открытых водосборов.

В лесостепной и степной зонах сток в лесу снижается еще резче, чем в поле. Так, на основаниии материалов наблюдений Нижнедевицкой воднобалансовой станции А. Н. Попов в работе [214] показал, что средние многолетние значения коэффициентов стока весеннего половодья при лесистости малых водосборов 10, 40 и 60% составили соответственно 0,36, 0,27 и 0,21, а коэффи­циенты годового стока — 0,10, 0,07 и 0,05.

Приведенные данные показывают что средние многолетние значения максимальных модулей весеннего стока для лесных водосборов в 3-6 раз ниже модулей стока на безлесных или малооблесенных водосборах. Что же касается влияния леса на годовои сток с малых логов, то почти во всех случаях измеренные значения стока с лесных водосборов существенно ниже значений стока с безлесных и менее залесенных водосборов. Это хорошо подтверждается результатами наблюдений воднобалансовых станций. Так, по данным ВНИГЛ, в среднем за 1957—1967 гг. слой годового стока составил с лесного водосбора лога Таежного 231 мм, а с безлесного водосбора лога Усадьев ского 313 мм. По наблюдениям Подмосковной воднобалансовой станции, в среднем за 1960—1966 гг. слой стока с водосборов логов Лесного и Полевого составил соответственно 31 и 110 мм. В действительности уменьшение годового стока с малых водосборов в зависимости от лесистости вовсе не означает, что лесные насаждения способствуют уменьшению стока вообще. Приведенные примеры свидетельствуют лишь о том, что на малых водосборах гидрометрическим путем редко (и то лишь на безлесных водосборах) удается измерить весь тот возможный сток, который формируется на данном водосборе. По причине неглубокого вреза малых водотоков значительная часть грунтового стока, особенно на лесных водосборах, не выклинивается в русло и, следовательно, не учитывается на гидрометрическом створе, а иногда учитывается сток со смежных водосборов. Достаточно полное освещение этого вопроса дано, например, в работах В. А. Урываева, Д. J1. Соколовского, А. П. Бочкова. Между тем малые водосборы могут быть использованы для изучения влияния леса на сток. Правильное решение этого вопроса можно получить на основе уравнения водного баланса, определения стока при известных значениях всех остальных составляющих баланса. Во ВНИГЛ для детального изучения элементов водного баланса использовались лесной водосбор лога Таежного и полевой водосбор лога Усадьевского. На этих водосборах, как указывалось выше, подробно изуча­лись осадки, испарение, изменение запасов влаги в почво-грунтах и изменение запасов грунтовых вод. Сток измерялся на во­досливных установках. О. И. Крестовским была произведена приближенная оценка ошибок определения отдельных составляющих водного баланса для этих водосборов за отдельные сезоны и в годовом период]. Согласно его данным, наибольшие ошибки (2а) определе­ния слоя осадков, стока и испарения в годовом периоде соответ­ственно составляют 27, 13 и 61 мм. После того как все элементы водного баланса были опреде­лены, производилось вычисление суммарного стока с лесного и полевого водосборов как остаточного члена уравнения водного баланса за периоды летней межени, за отдельные гидрологиче­ские годы, а также его средних значений за период 1955— 1967 гг. За гидрологический год в данной работе принимался пе­риод с 1/Х предыдущего года по 1/Х текущего года. Результаты расчета суммарного стока приведены в работах автора [328, 333, 334]. В табл. 111 даны измеренные и вычисленные значения стока по малым водосборам логов Усадьевского и Таежного. В этой же таблице для сравнения приведено значение стока с речного бассейна р. Поломети (у с. Дворец), соответствующее его сред­нему районному значению.

 

Таблица 111

СРЕДНИЕ ГОДОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВОДНОГО БАЛАНСА (мм)

ЗА 1955—1967 гг.

 

	Леси­стость,.%			Сток
Водосбор		Осадки	Испаре­ние	наблю­даемый	вычислен­ный
Лог Таежный
Усадьевский
р. Полометь

 

Приведенные данные показывают, что вычисленный сток с лесного водосбора лога Таежного находится в хорошем согла­сии со стоком с водосбора р. Поломети, обладающей глубоким эрозионным врезом и значительной площадью (432 км²). В це­лом сток с облесенных водосборов р. Поломети и лога Таежного больше стока с полевого водосбора лога Усадьевского почти на 40—14%. Имеющаяся разница в значениях стока с лесных и полевого водосборов обусловлена в основном раз­личием в сумме осадков на этих водосборах. Из этого следует, что в условиях зоны достаточного увлаж­нения лес оказывает положительное влияние на сток.