Влияние разработки Кичатовского месторождения строительных песков на геоэкологию реки Мокши

А. М. ШУТОВ, консультант Академии проблем водохозяйственных наук РФ

Кичатовское месторождение строительных песков находится в правобережье р. Мокша у северной окраины с. Ки-чатово Ковылкинского района Мордовии. Мощность полезной толщи — от 7,8 до 27,3 м. Установлена пригодность песков как сырья для производства силикатного кирпича. Общий запас песков оценивается в 144 283 тыс. м3.

Планируемая разработка Кичатовско-го месторождения предполагает вырубку 72 га леса, в основном сосновых пород. Важно прогнозировать возможные изменения, которые произойдут в бассейне Мокши, и их геоэкологические последствия. При этом можно говорить о качественной и количественной оценке их влияния на геоэкологическую ситуацию в указанном районе.

Качественная оценка. Вопрос о воздействии леса на гидрологический режим, в частности на внутригодовой ход и экстремальные величины, в качественном аспекте является наименее спорным. Необходимо отметить, что перспективным в изучении влияния леса на сток рек становится не сопоставление стоковых данных парных объектов (лесных и полевых водосборов), а детальное изучение элементов водного и теплового баланса и их соотношения в лесной и полевой биогеосистемах. Таких исследований на территории Республики Мордовия не проводилось. Нами для качественной оценки применен метод аналогии, в том числе данные Валдайского филиала Государственного гидрологического института.

В современном состоянии рассматриваемый лесной массив ввиду рыхлящего действия корней, а также особенностей лесной подстилки существенно изменяет водно-физические свойства почвы, увеличивая общую и действующую скважность и водопроницаемость. Благодаря этому лесные почвы переводят значительную часть поверхностного стока талых и дождевых вод в грунтовый и заметно повышают сток лимитирующего периода (меженный) за счет снижения объемов и максимальных расходов половодий и паводков. В результате этого внутригодовой ход стока Мокши делается более выровненным и зарегулированным.

Следовательно, после вырубки леса для

разработки карьера произойдут отклонения в водном и тепловом балансе на данном участке: на 50 % и более уменьшится суммарное испарение, а потому поднимется уровень грунтовых вод, что существенно увеличит запасы влаги в почве, ухудшит ее инфильтрационную способность и усилит поверхностный сток. Изменения состояния подстилающей поверхности приведут к изменению метеорологических условий. В итоге на вырубке резко ухудшатся водорегулирующие свойства леса. В результате вырубки леса в створе р. Мокша у с. Кичатово возрастут объемы и расходы весеннего половодья, ориентировочно на эту же долю сократится и сток меженного периода.

Количественная оценка. Количественный эффект влияния вырубки лесного массива, заключающийся в увеличении объемов половодья, снижении стока лимитирующего периода и, как следствие, изменении внутригодового распределения стока, можно оценить по произведенным расчетам годового стока, его внутригодового распределения, максимального стока весенних половодий по среднемноголетним характеристикам. Данный вопрос относительно территории РМ не изучался.

Таблица 1

Зависимость среднемноголетних модулей годового стока в бассейне р. Мокша от площади леса

Река,створ	Срок наблюдений, год	Площадь леса, км2	Модуль годового стока за период наблюдений, л/(с - км2)
р. Мокша, г. Темников	42	2 528	3,46
р. Мокша, с, Шавелев-ский Майдан	42	7 150	3,43

Анализируя данные наблюдений за стоком в створах Мокши у г. Темников ис. Шанелевский Майдан (табл. 1), необходимо подчеркнуть, что с расширением площади леса в бассейне реки средпемио-голетний модуль поверхностного стока уменьшается: увеличение площади леса в

2,8 раза сокращает модуль на 0,03 л / (с км2). Это можно объяснить тем, что с увеличением площади леса доля поверхностного стока снижается за счет роста подземной составляющей стока из-за большей проницаемости лесных почв и более развитой гидравлической связи поверхностных и грунтовых вод (более мощного вреза русла).

Таким образом, высказанное ранее при качественной оценке подтверждается: с уменьшением площади леса делается значительной доля поверхностного стока, в основном в период весеннего половодья.

Модуль среднемноголетнего годового стока Qq для рассматриваемого створа по аналогам и по карте Государственного гидрологического института составляет для створа реки у с. Кичатово 3,0 л/ (с км²), соответствующий ему расход воды

Оо = q0 F/1 ООО = = 3,0  10 371/1 000 = 31,1, где Qq — среднегодовой расход воды (норма), м3 / с;

Oq — модуль годового стока, л/ (с • км²);

F — площадь водосбора р. Мокша в створе с. Кичатово, км2

Объем среднего многолетнего стока Wo - Qo 31,5 106 = 31,1 31,5 х х 10s = 979,7 106 м3

Рассчитанное внутригодовое распределение стока Мокши (по аналогу его показателей у г. Темников) для створа у с. Кичатово приведено в табл. 2.

Таблица 2

Внутригодовое распределение стока р. Мокша в створе у с. Кичатово (до вырубки 72 га леса), %/м³

Годовой сток	Весенний сток (111 - V)	Лимитирующий период (VI — II)
100,0 / 979,7 106	80,1/ 784,7 106	19,9/ 195.0 W6

Количественно оценить изменение внутригодового стока после вырубки 72 га леса можно после проведения расчетов весеннего стока по слою стока с введением поправки на заселенность бассейна.

Слой весеннего стока в расчетах принят по карте 6 прил. 1 в [1]: hOB = 80 мм.

В слой стока введена поправка Кл на заселенность бассейна, которая определяется по отношению

^л/^лр'

где 1Л — площадь леса до рассматриваемого створа, % (равна 13,9 %);

^лр ” среднее районное значение заселенности, % (равно 12,5 % поданным подсчета в бассейнах рек Мокша, Сивинь, Исса).

Величина Кл — 13,9/12,5 = 1,11. Согласно табл. 17 в [1] поправка Кл = ” 0,94. Таким образом, величина слоя весеннего стока (с учетом поправки hPB) — 80 - 0,94 = 75 мм. Величина 1л/1лр после вырубки 72 га леса — 13,8/12,5 = 1,10, а поправка Кл = 0,95, следовательно, слой стока Ь"в = 80 0,95 = 76 мм.

Сравнивая показатели слоя весеннего стока до вырубки леса и после, устанавливаем, что он увеличился на 1 мм. В объеме стока это составит W_B= (h_PB -- h_PB) F IO³ - 1,0 10 371 10³ = = 10,4 10⁶ m³, t. e. после вырубки 72 га леса объем весеннего поверхностного стока увеличится на 10,4 10⁶ м³.

Согласно данным табл. 1 среднегодовой сток при уменьшении площади леса в 2,8 раза увеличится всего на 0,03 л/ (с - км2), что составляет 0,9 %. В данном случае площадь леса сократится на 0,72 км2, или на 0,05 % от площади леса (в створе у с. Кичатово она равна 1 439 км2). Последнее позволяет сделать вывод, что вырубка фактически не отразится на величине среднегодового сто ка. В то же время расчеты подтверждают повышение доли весеннего стока на 10,4 106м3 Следовательно, при фактически неизменном среднегодовом стоке доля стока лимитирующего периода должна снизиться на эту же величину (табл, 3).

Таблица 3

Внутригодовое распределение стока р. Мокша в створе у с. Кичатово (после вырубки 72 га леса), %/м3

Годовой сток	Весенний сток (III - V)	Лимитирующий период (VI — И)
100,0 / 979,7 106	81,2 / 795,1 106	18,8/ 184,6- 106

Величиной стока от дождевых паводков в данных расчетах пренебрегаем, поскольку по приблизительным данным его величина в среднем за многолетний период составит 0,2 106 м3.

По результатам решения поставленной задачи можно сделать следующие выводы:

• 1.    Ввиду незначительной утраты от общей площади леса после вырубки в бассейне Мокши годовой сток в створе у с. Кичатово фактически останется неизменным.

• 2.    Весенний сток увеличится на 10,4 10⁶ м³ Этот объем перейдет транзитом в нижележащие участки реки.

• 3.    Сток лимитирующего периода уменьшится на 10,4 10⁶ м³.

• 4.    Так как вырубка будет происходить в течение 30 лет с последующим лесовозобновлением после рекультивации выработанных частей карьера, существенного влияния планируемая разработка Ки-чатовского месторождения строительных песков на сток р. Мокши не окажет.

* • *

1. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 447 с.

Поступила 16.10.03