Компоненты стока малых водосборов Сихотэ-Алиня: обобщение результатов полевых измерений и трассерного моделирования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье приведены обобщения результатов систематического изучения стокоформирования на двух малых водосборах в верховье р. Уссури путем разделения гидрографа стока по источникам питания на основе детальных гидролого-гидрохимических съемок и применения трассерной модели смешения. Выполненные в период с 2011 по 2016 гг. исследования позволили идентифицировать и рассчитать компоненты речного стока летне-осеннего периода на трех гидрологических постах и оценить их взаимную динамику в различных масштабах времени. Показано, что в случае ландшафтной однородности водосбора (руч. Медвежий) речной сток может быть представлен как результат смешения трех источников. Такая, наиболее общепринятая, схема разделения гидрографа включает в качестве источников прямой дождевой сток, почвенную органическую составляющую и глубокий базисный сток. В случае выраженной неоднородности ландшафтного строения водосбора (руч. Еловый) речные воды могут быть представлены как результат смешения четырех источников. Четвертый источник появляется в результате разделения почвенного питания на органическую и минеральную составляющие. Такое разделение обусловлено распространением в бассейне холодного верхнего пояса пихтово-еловых лесов, почвы которых отличаются более низкой скоростью деструкции органического вещества и более глубоким иллювиированием растворенного органического углерода. Выявлены статистически значимые зависимости долей базисной и почвенной органической компонент речного стока от суммарного расхода, качество которых во многих случаях позволяет их считать расчетными.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Губарева

Институт водных проблем РАН; Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Москва; Владивосток

Б. И. Гарцман

Институт водных проблем РАН; Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Москва; Владивосток

В. В. Шамов

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Владивосток

Т. Н. Луценко

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Владивосток

А. Г. Болдескул

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Владивосток

Н. К. Кожевникова

ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН

Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Владивосток

С. Ю. Лупаков

Тихоокеанский институт географии ДВО РАН

Email: tgubareva@bk.ru
Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Аржанова В.С., Елпатьевский П.В. Геохимия, функционирование и динамика горных геосистем Сихотэ-Алиня. Владивосток: Дальнаука, 2005. 247 с.
  2. Болдескул А.Г., Шамов В.В., Гарцман Б.И., Кожевникова Н.К. Ионный состав генетических типов вод малого речного бассейна: стационарные исследования в Центральном Сихотэ-Алине // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33. № 2. C. 90-101.
  3. Воронков П.П. Закономерности процесса формирования и зональность химического состава вод местного стока // Тр. ГГИ. 1963. Вып. 102. С. 43-119.
  4. Гарцман Б.И., Шамов В.В. Натурные исследования стокоформирования в Дальневосточном регионе на основе современных средств наблюдений // Водн. ресурсы. 2015. Т. 42. № 6. С. 776-775.
  5. Губарева Т.С., Болдескул А.Г., Гарцман Б.И., Шамов В.В. Анализ природных трассеров и генетических составляющих стока в моделях смешения (на примере малых бассейнов в Приморье) // Водн. ресурсы. 2016. Т. 43. № 4. С. 629-640.
  6. Губарева Т.С., Гарцман Б.И., Солопов Н.В. Модель смешения 4-х источников питания речного стока с использованием гидрохимических трассеров в задаче разделения гидрографа // Водн. ресурсы. 2018. Т. 45. № 6. С. 827-838.
  7. Губарева Т.С., Гарцман Б.И., Шамов В.В., Болдескул А.Г., Кожевникова Н.К. Разделение гидрографа стока на генетические составляющие // Метеорология и гидрология. 2015. № 3. С. 215-222.
  8. Кондратьев И.И. Трансграничный фактор в изменчивости химического состава осадков на юге Дальнего Востока // География и природ. ресурсы. 2009. № 3. С. 236-241.
  9. Луценко Т.Н., Шамов В.В. и др. Пространственно-временная динамика растворенного органического углерода в водотоках системы верховьев р. Уссури (юг Дальнего Востока России) / Органическое вещество и биогенные элементы во внутренних водоемах и морских водах. Тр. VI Всерос. cимпоз. с международ. участием. 2017. С. 155-160.
  10. Ali G.A., Roy A.G., Turmel M.C., Courchesne F. Source-to-stream connectivity assessment through end-member mixing analysis // J. Hydrol. 2010. V. 3-4. № 392. P. 119-135.
  11. Barthold F.K., Turner B.L., Elsenbeer H., Zimmermann A. A hydrochemical approach to quantify the role of return flow in a surface flow-dominated catchment // Hydrol. Proc. 2017. V. 31. № 5. P. 1018-1033.
  12. Christophersen N., Neal C., Hooper R.P., Voght R.D. Modelling stream water chemistry of soilwater end-members - a step towards second-generation acidification models // J. Hydrol. 1990. V. 116. № 1-4. P. 307-320.
  13. Correa A., Windhorst D., Tetzlaff D., Crespo P., Célleri R., Feyen J., Breuer L. Temporal dynamics in dominant runoff sources and flow paths in the Andrean Paramo // Water Resour. Res. 2017. V. 53. № 7. P. 5998-6017.
  14. Cristophersen N., Hopper R.P. Multivariate analysis of stream water chemical data: the use of principal component analysis for the end-member mixing problem // Water Resour. Res. 1992. V. 28. № 1. P. 99-107.
  15. Hooper R.P. Diagnostic tools for mixing models of stream water chemistry // Water Resour. Res. 2003. V. 39. № 3. doi: 10.1029/2002WR001528
  16. Iwasaki K., Katsuyama M., Tani M. Contributions of bedrock groundwater to the upscaling of storm-runoff generation processes in weathered granitic headwater catchments // Hydrol. Proc. 2015. V. 29. № 6. P. 1535-1548.
  17. James A.L., Roulet N.T. Investigating the applicability of end-member mixing analysis (EMMA) across scale: A study of eight small, nested catchments in a temperate forested watershed // Water Resour. Res. 2006. V. 42. № 8. doi: 10.1029/2005WR004419
  18. Katsuyama M., Ohte N., Kobashi S. A three-component end-member analysis of streamwater hydrochemistry in a small Japanese forested headwater catchment // Hydrol. Proc. 2001. V. 15. № 2. P. 249-260.
  19. Leibundgut С., Maloszewski P., Külls C. Tracers in Hydrology / Chichester: Wiley, 2009. 432 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Исследуемые водосборы в бассейне р. Правая Соколовка в пределах ВУС: I – руч. Еловый–Плотина, 0.77 км2; II – руч. Еловый–Устье, 3.47 км2; III – руч. Медвежий, 7.67 км2.

Скачать (158KB)
3. Рис. 2. Диаграммы Пайпера, представляющие соотношение основных ионов, в %-экв.: (а) речные воды: I – Еловый–Плотина, II – Еловый–Устье, III – Медвежий–Устье; (б) почвенные воды: 1 – Тл Бревно, 2 – Тл Верхний, 3 – Тл Волоколамский, 4 – Тл Кабаний, 5 – Тл Метео, 6 – Тл Метео 50, 7 – Тл Резервный лев., 8 – Тл Родниковый, 9 – Тл Трубецкой.

Скачать (80KB)
4. Рис. 3. Графики “остатки–измеренные значения” потенциальных трассеров: (а) руч. Медвежий, 2D, (б) руч. Еловый–Плотина, 3D, (в) руч. Еловый в Устье, 3D.

Скачать (91KB)
5. Рис. 4. Диаграммы смешения в U-пространстве: (а) руч. Медвежий, (б) руч. Еловый–Плотина, (в) руч. Еловый– Устье.

Скачать (128KB)
6. Рис. 5. Зависимости долей компонент стока от величины расхода: (а) Еловый–Плотина, (б) Еловый–Устье, (в) Медвежий–Устье.

Скачать (76KB)
7. Рис. 6. Динамика компонент стока во время паводковых событий в створах: Еловый–Плотина (а) 2012 г.; (б) 2013 г.; (в) Еловый–Устье 2014 г.; (г) Медвежий–Устье 2014, 2016 гг.

Скачать (134KB)

© Российская академия наук, 2019