Water regime specifics in the upper Sviyaga River and its tributaries upon karst development

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Объектом исследования являются верховья бассейна р. Свияга. Свияга – правый приток первого порядка р. Волга. Исследуемая территория расположена в центральной части Ульяновской области, в Среднем Поволжье на юго-востоке Европейской части России, на восточной части Русской платформы, охватывающей большую часть европейской территории России [7]. Исследуемая часть бассейна располагается в лесостепной зоне. По обеспечению атмосферными осадками бассейн относится к зоне с недостаточным увлажнением. Бассейн Свияги – территория с минимальной антропогенной нагрузкой.

Предметом исследования служат изменения в показателях внутригодового распределения стока и термического режима рек в бассейне р. Свияга.

Актуальность работы обусловлена малой изученностью вариаций стока малых рек, связанных с изменением климата, необходимостью изучения проблем с водоснабжением вновь присоединенных территорий и выявления опасных гидрологических явлений (в первую очередь затопление территорий), уточнения характеристик и распределения внутригодового стока воды рек исследуемой территории, а также получения данных для гидрогеологических фильтрационных моделей.

В бассейне р. Свияга достаточно широко распространены карстовые процессы, что определяется, прежде всего, геологическим и гидрологическими условиями. Карст распространен в местах залегания на поверхности или близко к ней отложений маастрихтского яруса верхнего отдела меловой системы (К₂m), представленных мелом, мелоподобными известняками с прослоями мергелей [2]. Трещиноватость отложений маастрихтского яруса довольно высокая, могут присутствовать каверны; в целом отложения маастрихтского яруса характеризуются высокими значениями открытой пористости.

Исследование карста в Поволжье началось с XXVIII в. Основоположником исследований стал М.В. Ломоносов. Основные исследования карста Нижнего Поволжья проведены в академических экспедициях И.И. Лепехина, Н.П. Рычкова, П.С. Палласа, И.П. Фалька, И.А. Гюльденштедта в 1768–1774 гг., в которых обследовались и описывались карстовые явления Поволжья. И.И. Лепехин обратил внимание на провальные карстовые озера в нижней части бассейна Свияги и, вслед за В.Н. Татищевым, утверждал, что карстовые пещеры есть результат деятельности воды и медленно действующих гидрогеологических процессов [6].

Исследования карста продолжались и в XXI в. На развитие карстовых процессов нередко указывает нарушение залегания слоев под родниками, выходящими в основании крутых склонов из маастрихтского мела. Эти нарушения вызваны выщелачиванием мела потоком подземных вод и последующим обрушением вышележащих пород. Такие подобные карстовые формы были обнаружены в верховьях р. Свияга¹.

Карстовые формы чаще всего представлены провальными воронками. Самая крупная воронка (диаметр 350 м и глубина 20 м) была отмечена на левом склоне долины Свияги у восточной окраины д. Смышляевка. Отдельные воронки и группы воронок наблюдались в бассейнах рек Сельдь, Чамбул, Барыш, Ус, Терешка [13].

Известны случаи образования крупных карстовых провалов в меловых отложениях и в настоящее время. Интенсивное движение подземных вод на крыльях тектонических структур типа валов и антиклиналей обусловливает приуроченность значительного количества провальных воронок именно к этим элементам тектонических структур. Двигаясь по уклону пластов, подземные воды приобретают напорный характер. Местами они поднимаются вверх по тектоническим трещинам под давлением, образуя восходящие напорные родники, приуроченные к днищам речных долин. С растворяющей деятельностью восходящих напорных вод связано образование в меловых породах воронок выщелачивания [12].

Переход поверхностного стока в подземный, и наоборот, обусловливает своеобразие морфологии русел рек и пойм, а также и схем деформаций в зонах питания и разгрузки подземных вод. В этих зонах меняются активные руслообразующие факторы – сток воды и наносов. Нарушается баланс между количеством взвешенных и донных наносов [11].

В зонах питания поверхностный сток поглощается как проранами и трещинами в породах, так и заполненными аллювием русловыми понорами. Реки имеют наибольшую водность при подходе к зоне питания карстового района. Далее их водность уменьшается [8]. Малые реки часто полностью исчезают под землей. Практически это наблюдается в областях питания подземных вод с маломощным покровом рыхлых отложений во всех карстовых районах.

На малых реках зона “эрозии”, образующаяся в начале зоны снижения расхода, характеризуется интенсивным размывом ложа с образованием “микропорогов” и вертикальных уступов, у основания которых расположены воронки размыва. Зона эрозии сменяется транзитно-аккумулятивной зоной, в которой происходит отложение части наносов с образованием своеобразных “побочней” и “перекатов” [2].

В закарстованных районах наблюдается внутригодовое перераспределение стока воды. Годовой сток воды увеличивается (до 15%). Наблюдается уменьшение максимальных расходов в период половодья (до 12%), половодье становится более распластанным, а его продолжительность увеличивается. В закарстованных районах наблюдается существенное увеличение меженного стока (до 30%), особенно во время прохождения летне-осенней межени. Также карст способствует увеличению максимальных расходов паводков (до 25%).

Реки бассейна Свияги относятся к рекам с восточно-европейским типом водного режима (по классификации Б.Д. Зайкова). Для них характерно прохождение более 50% годового стока за период весеннего половодья [5].

На исследуемой территории преобладают малые реки длиной менее 5 км (77%), имеющие смешанное питание. Их водный режим характеризуется следующими фазами: весеннее половодье, летняя и зимняя межени, летние и осенние дождевые паводки. Русла большинства рек на исследуемой территории хорошо разработаны, имеют глубокие эрозионные врезы.

Весеннее половодье длится около одного месяца. Объем стока в бассейнах исследуемых рек в это время может изменяться от 35 до 95% годового. Летняя межень наступает в мае-июне и характеризуется малой водностью. Основное питание в этот период осуществляется за счет подземных вод, поступление которых по длинам рек осуществляется неравномерно в связи с различием структурно-гидрогеологических условий.

По классификации М.И. Львовича реки исследуемой территории относятся к рекам с преимущественно снеговым питанием. По П.С. Кузину, местные реки можно отнести к рекам с половодьем и паводками (реки с весенне-летним половодьем и паводками в теплую часть года).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для комплексного анализа внутригодового стока воды р. Свияга и ее притоков изучен и проанализирован внутригодовой ход метеорологических величин (температура воздуха и осадки) с ближайших метеорологических станций. Район исследования по действующей нормативной базе имеет степень метеорологической изученности – изученная. Наиболее репрезентативной для исследуемой территории является метеостанция в г. Ульяновск, так как она расположена в одном районе с гидрологическим постом Вырыпаевка на р. Свияга.

Из всех метеорологических величин для анализа выбраны годовая сумма осадков, их сезонное распределение и годовой ход температуры воздуха.

Для анализа внутригодовых и долгопериодных изменений составляющих годового стока воды р. Свияга взяты ежедневные расходы воды в период с 1953 по 2018 г. по данным гидрологического поста в пос. Вырыпаевка.

Также на исследуемой территории создана сеть из 10 временных гидрологических постов, оборудованных логгерами, фиксирующими уровень и температуру воды в установленных временных интервалах. Измерения проводились синхронно раз в полчаса.

Для анализа водного режима рек и их источников питания проводят расчленение гидрографа на генетические составляющие, представляющие собой стоки разного типа. Расчленение гидрографа позволяет определить суммарную величину подземного и паводочного стока. Типовой гидрограф представляет собой линию, описывающую пик половодья, кривые его спада и подъема, летнюю и зимнюю межень. Площадь под этой линией определяет объем подземного и поверхностного стока [10].

При расчленении гидрографа учитывают гидрогеологические условия территории. Режим стока подземных вод, гидравлически связанных с рекой, характеризуется минимумом подземного питания в момент максимума поверхностного стока [14].

Имея непрерывные ряды данных по ежедневным наблюдениям за уровнями и расходами Свияги с 1975 г., а также данные по осадкам и температуре воздуха с метеостанции в г. Ульяновск за этот же период, выполнено расчленение гидрографов с помощью программного комплекса GrWat 3.0.M.

Используемый в этом комплексе алгоритм автоматического расчленения гидрографа по генетическим составляющим разработан коллективом авторов: к.г.н. М.Б. Киреевой (МГУ, кафедра гидрологии суши), к.г.н. Е.П. Рец, к.г.н. Т.Е. Самсоновым (МГУ, кафедра картографии и геоинформатики) в рамках проекта по изучению современного режима рек Европейской территории России [9]. Алгоритм заключается в автоматическом отделении весеннего половодья, подземного стока, дождевых и оттепельных паводков в зависимости от особенностей водного режима и изменения главных гидрологических характеристик каждой отдельной реки. В основе принципа работы алгоритма лежит методика расчленения гидрографа Б.И. Куделина [10].

Методика создания и анализа сетей постов на исследуемой территории

На исследуемой территории отсутствуют постоянные наблюдения за уровнями и расходами воды на малых реках, что определило потребность в создании временной гидрологической сети.

Для организации автоматического дистанционного наблюдения за гидрологическими характеристиками рек на каждом посту установлен логгер для автономной автоматической записи измерений уровня воды и температуры. Каждая запись включает дату, время, значения уровня и температуры воды.

После снятия всех показаний логгеров проведена обработка данных, записанных на них, которая подразделялась на три этапа:

• обработка данных в специализированной программе Solinst, в процессе которой на значения уровней воды вводилась поправка по атмосферному давлению;
• совмещение откалиброванных рядов данных об уровнях воды и ее температуре с температурой воздуха и динамикой выпадения осадков;
• построение графиков хода уровней вoды с выделением основных фаз водного режима и генетически однородных составляющих стока в исследуемых реках.

Для получения данных временной гидрологической сети совершено два выезда – зимой 2018 г. и летом 2019 г. Кроме этого, организовано 6 выездов в верховья бассейна р. Свияга с целью измерения расходов воды на малых реках. Измерения расходов производились на всех створах 5 раз (в июле и ноябре 2018 г., в феврале, апреле и августе 2019 г.). Уровни воды (Н) пересчитаны в расходы воды (Q), после чего построены зависимости (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения привлеченных к исследованию рек в бассейне р. Свияга с графиками хода уровней воды. На карте обозначены створы: 1 – р. Свияга (створ Чириково); 2 – р. Чамбул (створ Хвостиха); 3 – руч. Чечерка (створ Порецкое); 5 – р. Свияга (створ Спешневка); 6 – руч. б/н (створ Спешневка); 7 – р. Свияга (створ Екатериновка); 8 – р. Ташелка (створ Солдатская Ташла); 9 – р. Гуща (створ Елшанка); 10 – р. Свияга (створ Елшанка). Створ 4 (р. Свияга (створ Порецкое) располагается в 50 м ниже устья руч. Чечерка (наблюдения на створе не удалось завершить из-за поломки логгера).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ метеорологических показателей. Максимально влияют на внутригодовой ход уровня воды и внутригодовое распределение стока воды такие метеорологические характеристики, как температура воздуха и динамика внутригодового распределения осадков, которые необходимы для анализа многолетних колебаний стока Свияги и калибровки модели для выделения различного по генезису речного стока.

Величина суммы годовых осадков в бассейне р. Свияга имеет явный восходящий тренд: в 1964 г. она составляла 440 мм, в 1975 г. – 458 мм, в 2014 г. – 500 мм, а в исследуемый дождливый период 2018–2019 гг. среднегодовое их количество достигло 651 мм/год [3].

В последние десятилетия существенное влияние на водный режим рек бассейна Свияги оказало изменение климата. Годовой сток рек на большей части территории превысил среднемноголетнюю норму (до 15–40%) [1]. Еще более усугубились некоторые сезонные изменения. Так, в зимний период сток на 50–100% выше среднемноголетней нормы [3].

Средняя многолетняя температура увеличилась с 4.1°С в 1953 г. до 5.4°С к 2018 г., т.е. более чем на один градус. Это не могло не сказаться и на водном режиме изучаемых рек.

Колебания величин осадков происходили в достаточно большом диапазоне – от 180 мм (1945 г.) до 675 мм (2011 г.) [4]. Построенные линейные тренды как для годовой суммы, так и для жидких и твердых осадков демонстрируют увеличение их количества. Зафиксировано внутригодовое перераспределение осадков: уменьшается количество твердых осадков, и одновременно увеличивается количество жидких. Анализ изменения количества осадков по месяцам за период 1975–2019 гг. показывает, что увеличение количества осадков наблюдается в марте, мае, июне, сентябре, октябре, а их снижение – в июле, августе, апреле и ноябре.

Работа в программном комплексе GrWat. Расчлененные гидрографы получены для 1975– 2019 гг. водохозяйственных² лет. Посредством программного комплекса составлены динамические карты на межгодовые и долгопериодные изменения параметров стока Свияги по данным с поста Вырыпаевка.

В результате обработки ряда наблюдений на р. Свияга (пост Вырыпаевка) и метеостанции в Ульяновске получены графики межгодового распределения составляющих стока воды.

Для Свияги четко прослеживаются значимые положительные тренды увеличения стока летне-осенней и зимней меженей. Рост летнего меженного стока (рис. 2) связан, прежде всего, с увеличением запасов подземных вод в ее начале, вследствие уменьшения глубины промерзания и площади его распространения, а также за счет увеличения частоты дождевых паводков.

Рис. 2. Динамика меженного стока р. Свияга.

Сокращение максимальных значений половодного стока р. Свияга достигает 30% от значений начала 1980-х гг. (рис. 3). Сокращение максимального половодного стока реки обусловлено повышением температуры воздуха в холодное время года, что приводит к увеличению повторяемости оттепелей и, как следствие, снижению глубины промерзания почв и во многих случаях уменьшению запасов снега в снежном покрове к началу снеготаяния.

Рис. 3. Динамика максимальных расходов р. Свияга.

Полученные результаты в целом совпадают с данными гидрологических исследований изменений стока воды на более крупных реках европейской территории России [8].

Минимальные расходы воды (летне-осенний и зимний), характеризующие долю подземного стока в питании рек, имеют тенденцию к увеличению. Речной сток летне-осеннего периода после 1983 г. составлял в среднем 128% многолетней нормы. Противоположная тенденция наблюдается при анализе динамики зимнего минимального стока: величина зимней межени с середины 1980-х гг. сократилась почти на 25%.

В результате анализа установлено, что объем годового стока р. Свияга имеет тенденцию на уменьшение (рис. 4).

Рис. 4. Динамика годового стока р. Свияга.

На основании анализа составляющих годового стока установлено, что в бассейнах рек исследуемой территории произошло перераспределение внутригодового стока − сокращение его поверхностной составляющей в сторону увеличения подземного стока.

Основной причиной перераспределения стока воды между фазами водного режима на исследуемой территории является увеличение количества жидких осадков. По повышению уровня подземных вод, снижению глубины промерзания почвы, сокращению объемов половодного стока можно сделать вывод о том, что процессы формирования речного стока в бассейне Свияги претерпели существенное изменение, что связано с вторжением более теплых атлантических воздушных масс.

Наблюдается увеличение максимального расхода оттепельных паводков, что обусловлено частыми и более продолжительными переходами температуры воздуха через 0°С и приводит к увеличению снеготаяния в течение зимы. Зафиксирован сдвиг дат оттепельных паводков на весенний период, ранее наблюдаемые оттепели в декабре-январе стали отмечаться в феврале-марте, а осенние паводки из оттепельных стали дождевыми.

В результате выполненных исследований установлено, что из-за изменившихся условий формирования речного стока на исследуемой территории изменились и его объем, и его внутригодовое распределение по фазам водного режима. По результатам анализа тенденций речного стока установлено, что объем годового стока воды за последние 43 года сократился более чем на 10%, объем подземного стока сократился почти на 6%, объем половодья сократился более чем на 35%, объем дождевого стока более чем на 25%, объем оттепельного стока сократился почти 26%, объем стока зимней межени сократился более чем на 10%, объем стока летней межени увеличился на 10%, продолжительность зимней межени уменьшилась на 2%, продолжительность летне-осенней межени увеличилась более чем на 5%, продолжительность половодья сократилась почти на 10%.

Обработка данных с логгеров. После обработки единого ряда наблюдений, предпринята попытка аналогичным образом выделить типы питания водотоков и на всех наблюдаемых створах (рис. 5).

Рис. 5. Выделение типов питания р. Свияга (створ Елшанка).

Для этого проведен анализ ряда ежедневных расходов воды за 1953–2017 гг., целью которого являлся поиск похожих по форме гидрографов двух смежных годов, образующих единый водохозяйственный год. При поиске особое внимание уделялось среднегодовому расходу. Необходимо добиться примерного равенства между среднегодовыми расходами у исследуемых створов (створ Екатериновка – 3.46; створ Елшанка – 9.79; створ Спешневка – 4.69; створ Чириково – 3.15; р. Чамбул – 0.71; р. Ташелка – 0.64; р. Гуща – 3.55 м³/с) и искомым водохозяйственным годом.

В результате анализа подобран 2009–2010 водохозяйственный год как наиболее подходящий по форме гидрографа. Также 2009 г. наиболее подходит и по среднегодовому расходу – 3.98 м³/с, что является примерно средним значением для всех логгеров.

Добиться гидрологически обоснованного расчленения гидрографов удалось только для рек, для ручьев такого расчленения получить не удалось из-за малых расходов воды и слишком резких колебаний.

Выделение типов рек бассейна р. Свияга. После изучения показаний всех гидрографов по данным, полученным с логгеров за периoд 2018–2019гг., створы сгруппированы по трем типам водного режима рек, на которых они расположены. Выделенные типы отличаются по внутригодовому распределению стока воды и площади бассейнов исследуемых водотоков.

В первый тип сгруппированы створы на р. Свияга (Елшанка, Спешневка и Чириково) и ее притоках – р. Гуща и р. Чамбул (см. рис. 2), где наблюдались резкие подъемы и спады воды (по уровню эти колебания доходили до 0.7 м за 1–1.5 сут). Для этого типа рек характерно ярко выраженное высокое половодье с тремя пиками. Во время зимней межени наблюдается постепенное повышение расходов воды с начала октября до середины ноября, после чего происходит резкое увеличение расходов воды. Для летней межени характерно постепенное убывание расходов воды от окончания весеннего половодья до начала июля. Примерно в середине июля на всех постах отмечается довольно мощный летний паводок – расход воды увеличивается на 3–8 м³/с.

Ко второму типу относится только створ Екатериновка, расположенный на р. Свияга (см. рис. 2). На этом створе отражаются все признаки восточно-европейского типа рек по классификации Б.Д. Зайкова: маловодные зимняя и летняя межени, ярко выраженное весеннее половодье и один летний паводок. Это может быть вызвано трансформирующим влиянием мелового карста на сток воды именно в районе этого створа. Присутствие закарстованных пород подтверждается также наличием больших глубоких ям (до 6–8 м) в русле реки на данном участке, обнаруженных по результатам геофизического профилирования [12], а также выявленных западин и мочажин явно карстового происхождения на поверхности ее террасы.

Створ второго типа на р. Свияга в сравнении с другими створами, установленными на этой реке, имеет средний по площади водосбор. Объем годового стока в данном створе реки на 7% ниже, чем у вышележащего поста Чириково.

В третий тип объединены створы на ручьях и малой р. Ташелка (см. рис. 2). Главными их особенностями являются достаточно мощный и очень продолжительный подъем воды (с середины сентября до начала января), однопиковое половодье, по мощности сравнимое с осенне-зимним паводком. Летом отмечаются 2–3 паводка. Створы этого типа имеют самые малые водосборы из всех изученных.

Карст как фактор формирования стока воды. Вследствие гидроклиматических изменений за последнее столетие значительно трансформировалось внутригодовое распределение стока в пределах исследуемой территории. Установлено значительное снижение максимальных расходов половодья и увеличение водности меженного периода (более чем вдвое). Для поста на р. Свияга – Вырыпаевка, среднемесячные расходы февраля в 1960-е гг. составляли 3.82 м³/с, в 1980-е гг³. – 3.94 м³/с, в последнее десятилетие⁴ же составляют 7.18 м³. Средние расходы за ноябрь за аналогичные периоды составляют 3.72, 5.02 и 8.63 м³/с соответственно. С учетом того, что доля дождевого питания для Свияги в целом невелика, можно говорить об увеличении базисного (подземного) стока, что приводит к более ярким проявлениям его аномалий. Меженный период 2018–2019 гг., во время которого проводились измерения, характеризовался повышенной водностью по сравнению с предшествующими годами.

Результаты исследований свидетельствуют о сложной структуре формирования стока воды на водосборе верхней Свияги, что выражается в неравномерности распределения стока воды по длине основной реки и в целом по бассейну.

Измеренные расходы воды говорят о наличии на участке значительной аномалии, выражающейся в том, что на этом участке р. Свияга между селами Порецкое, Спешневка и Екатериновка в зимний меженный период 2019 г. происходило аномальное снижение расходов воды вниз по течению. Тогда как по результатам измерений в ноябре 2018 г. расходы, наблюдавшиеся в створах Спешневка и Екатериновка, меньше, чем расход воды выше по течению (в створе Порецкое).

На сток воды в пределах верхнего течения Свияги оказывают трансформирующее влияние проявления мелового карста. Этот факт подтверждается наличием глубоких ям (до 6–8 м) в русле р. Свияга на исследуемом участке реки, выявленных по результатам построения продольного профиля реки по точкам максимальных глубин, а также существованием западин и мочажин явно карстового происхождения на террасах реки в районе водомерного створа на р. Чамбул.

В результате исследований установлено, что междуречье рек Свияга, Чамбул и Ташелка, отличается от остальных створов по внутригодовому распределению стока воды в течение года – если на остальных реках сток в феврале уменьшился по сравнению с ноябрем, то на этих двух реках вырос. Локальные неравномерности подземного стока являются дополнительным свидетельством значительного влияния карстовых процессов и особенностей залегания меловых закарстованных пород на гидрологический режим.

Результаты проведенных исследований подтверждают наличие на участке между впадением р. Чамбул и створом Спешневка на р. Свияга зоны транзита стока воды, где ее часть уходит на наполнение подземных горизонтов с темпами, значительно превышающими естественные скорости подрусловой фильтрации. Ниже по течению, где Свияга врезается в более древние и плотные горизонты мезозойских пород, происходят разгрузка данной воды и межбассейновый переток с водосборов, находящихся на волжском склоне.

Факторы, влияющие на внутригодовое распределение стока воды. В результате исследования выявлены факторы, оказывающие ведущее воздействие на условия формирования стока воды исследуемых рек. К таковым относятся: климатические особенности территории (внутригодовой ход температуры воздуха и распределение осадков, а также связанные с ними особенности ледового режима, мощности снежного покрова и запасов воды в нем) и гидрогеологические особенности строения территории. Также существенное влияние оказывают размер реки, ее порядок, а также площадь ее бассейна. К локальным особенностям условий формирования стока воды следует отнести закарстованность речных бассейнов, величина которой в бассейнах малых рек может достигать 60%. Антропогенная деятельность представлена слабо в бассейнах всех исследуемых рек и не оказывает существенного влияния на формирование и внутригодовое распределение стока воды. Заболоченность и озерность исследуемой территории равна 0.

ВЫВОДЫ

Для исследований водного режима малых рек бассейна р. Свияга использованы различные методики, подходы и программные средства.

Важной составляющей примененной в данном исследовании методики явилось использование перспективного программного комплекса с алгоритмом автоматического расчленения гидрографа GrWat для упрощения обработки большого объема данных, в результате его применения была сформирована сводная таблица характеристик.

Результатом всех проведенных исследований метеорологических и гидрологических характеристик является ряд выводов.

Установлено, что водный режим рек претерпел значительные изменения ввиду потепления климата. Доля стока половодья в общем годовом стоке исследуемых территорий заметно падает, а доля дождевых и оттепельных паводков растет.

Установлено, что по условиям формирования речного стока исследуемая территория является аномальной. Основной причиной данной аномалии являются ландшафтные характеристики водосбора. Традиционно считается, что с увеличением его площади неравномерность формирования стока между отдельными подбассейнами приводит к сглаживанию средних значений. В частности, модули стока на бассейнах притоков в нижней части территории (реки Гуща, Ташелка) превышают модуль стока основной реки. Для притоков верхней части (р. Чамбул) наблюдается обратная ситуация. На самых малых водотоках (с площадью водосбора менее 100 км²) модуль стока практически не меняется во время всего меженного периода.

Измерения расходов и сопоставление модулей стока говорят о наличии на участке значительной аномалии, выражающейся в том, что на участке р. Свияга между селами Порецкое, Спешневка и Екатериновка в меженный период происходит аномальное снижение расходов воды и модулей стока вниз по течению.

По результатам исследований можно выделить несколько закономерностей:

• в верхней части водосборного бассейна Свияги (створ Чириково) отмечаются повышенные модули стока для межприточных пространств;
• на транзитном участке, выявленном измерениями расходов, наблюдается уменьшение модуля стока вплоть до отрицательных значений, что может свидетельствовать о возникновении обратной гидравлической связи между рекой и подземными горизонтами на данном участке. Ниже по течению (до створа Спешневка) модуль межприточного стока увеличился, но по-прежнему остался ниже среднего;
• значительное увеличение модулей межприточного (подземного) притока наблюдается на р. Свияга, ниже створа Спешневка.

Приведенные результаты измерений дополнительно подтверждают наблюдаемое на участке между впадением р. Чамбул в Свиягу и створом Спешневка наличие зоны транзита стока, где часть речной воды уходит на наполнение подземных горизонтов с темпами, значительно превышающими естественные скорости подрусловой фильтрации. Ниже по течению, где Свияга врезается в более древние и плотные горизонты мезозойских пород, происходят разгрузка данной воды, а также межбассейновый переток с водосборов, находящихся на волжском склоне.

Установлено, что влияние закарстованных массивов на формирование стока увеличивается при уменьшении величины зонального стока и особенно велико для рек с площадью водосбора до 250 км². С увеличением площади водосбора степень их влияния на сток уменьшается. На основании анализа многолетних данных на гидрологическом посту р. Свияга – Вырыпаевка установлено, что площадь речного бассейна, при которой влияние карста на сток становится неощутимым, превышает 3000 км².

Установлена трансформация речного стока в условиях закарстованности бассейна. В качестве фоновых значений взяты данные о расходах воды, модулях и слоях стока соседних речных бассейнов − левобережье и правобережье р. Волга. Общие многолетние закономерности изменения генетических составляющих стока за период 1975–2019 гг. для закарстованных участков бассейна Свияги такие же, как и для фоновых бассейнов (табл. 1), однако они отличаются более резкими изменениями.

Таблица 1. Изменения генетических составляющих стока в фоновых бассейнах и бассейне Свияги за период 1975–2019 гг.

¹ Туняк А.П. Геологическое строение правобережья р. Волги в районе с. Б. Ундоры и бассейна р. Свияги от с. Бурцево до ст. Алейкино (в районе Ульяновской области и ТАССР по работам 1951–1952 гг.). М: ВНИГРИ, 1952. Отчет. Инв. номер ФГИ 00138. https://eco.tatarstan.ru/file/pub/pub_1269179.pdf

² Расчетный годичный период, начинающийся с самого многоводного сезона [СП 33-101-2003 “Oпределение основных расчетных гидрологических характеристик”. https://docs.cntd.ru/document/1200035578].

³ По данным справочника “Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши” / Гос. ком. СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды, Сев.-Зап. территор. упр. по гидрометеорологии и контролю природной среды. Ленинград: Гидрометеоиздат, за период 1953–2018 гг.

⁴ База данных Автоматизированной информационной системы государственного мониторинга водных

About the authors

I. A. Zhukov

Author for correspondence.
Email: les-96@yandex.ru
Russian Federation, Leninskie gory 1, Moscow, 119991

D. N. Aybulatov

Email: gidroden@mail.ru
Russian Federation, Leninskie gory 1, Moscow, 119991

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Layout of the rivers involved in the study in the river basin. Sviyaga with graphs of water levels. The following sections are indicated on the map: 1 – r. Sviyaga (Chirikovo section); 2 – r. Chambul (Tail site); 3 – manual Checherka (Poretskoye section); 5 – r. Sviyaga (Speshnevka section); 6 – manual b/n (target Speshnevka); 7 – r. Sviyaga (Ekaterinivka section); 8 – r. Tashelka (Soldatskaya Tashla site); 9 – r. Guscha (Elshanka section); 10 – r. Sviyaga (Elshanka section). Station 4 (Sviyaga River (Poretskoye Station) is located 50 m below the mouth of the Checherka Creek (observations at the station could not be completed due to a breakdown of the logger).

Download (377KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Dynamics of low-water runoff of the Sviyaga River.

Download (167KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Dynamics of maximum flow rates of the Sviyaga River.

Download (177KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Dynamics of the annual river flow. Sviyaga.

Download (146KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Identification of food types. Sviyaga (Elshanka section).

Download (143KB)

Indexing metadata