Географічні основи гідрологічних досліджень

В.А. Дмитрієва

В основоположною роботі до антропогенного ландшафтознавства "Людина і ландшафти "(1973) Ф. М. Мілько називає" гідрологію суші "частиною фізичної географії. Немає підстав заперечувати дане твердження. Але зародившись в надрах наукової географії, гідрологія пройшла тривалий самостійний шлях розвитку. На сучасному етапі в гідрологічної науці визначився об'єкт дослідження - води суші, мета дослідження - оцінка, раціональне використання найважливішого природного ресурсу, збереження від кількісного і якісного виснаження, методи дослідження - стаціонарні, експедиційні, експериментальні, теоретичні, тобто те, що за Ф.Н. Милькова (1967) визначає самостійність науки. На даний момент цілком обгрунтовано говорити про гідрології як про ситуацію, що науці про воду. Становлення її відбувалося в тісному єднанні з географією, геологією, кліматології, біологією, точними науками: математикою, фізикою, хімією. Близькість наук про Землю закономірно обумовлена, так як об'єкти вивчення їх - компоненти природного середовища.

Взаємопроникнення споріднених наук налічує століття. Літературна пам'ять донесла до наших днів, що ще Демокріт, основоположник атомістичного навчання, висловив припущення про зв'язок розливів р. Ніл з атмосферними явищами, Платон вважав, що морська вода є початком всіх вод суші, а найбільший мислитель стародавності Аристотель вказував, що земні поверхневі води зобов'язані своїм походженням атмосферної вологи. Старовинні натурфілософи здогадувалися про існування кругообігу води в природі, правильно розуміли окремі його ланки, але були далекі від розгляду цього явища як єдиного взаємопов'язаного природного процесу.

Лише в 1674 році французький дослідник П'єр Перро зробив спробу фізичного пояснення цього явища, вперше зіставивши виміряні значення стоку р.. Сени і атмосферних опадів, що випали в її басейні. Опублікований їм працю "Походження джерел" поклав початок наукової гідрології.

Логическое осмислення вод суші як частини єдиного фізико-географічного комплексу відбулося тільки в кінці XIX століття. Видатний кліматолог А.І. Воейков в роботі "Клімати Землі (1884)" вірно вказав на генезис водності річок: "за інших рівних умов країна буде тим багатший текучими водами, ніж рясніше опади і чим менш як випаровування з поверхні грунту і вод, так і рослин. Таким чином, річки можна розглядати як продукт клімату ". У цій фразі, по-суті, сформульовано поняття кругообігу води в природі, однією з головних закономірностей географічної оболонки Землі.

Завершені математичний вираз кругообігу води в природі було дано А. Пен-ком у 1896 році у вигляді найпростішого тричленного рівняння водного балансу R = X - Z, де річковий стік є результуючої величиною різниці опадів і випаровування. У кругообігу води об'єднані всі природні води Землі. Про них В.І. Вернадський (1960) писав: "Будь-який прояв води - глетчерний лід, безмежний океан, річка, грунтовий розчин, гейзер, мінеральне джерело - складає єдине ціле, прямо або побічно, але глибоко пов'язані між собою, із земною атмосферою і з живою речовиною ".

В нерозривному зв'язку природних вод-єдність всіх сфер географічної оболонки. Води суші, будучи елементом географічного ландшафту, тісно взаємодіють з грунтом, рельєфом, повітрям, рослинним покривом, живими організмами. Сток води як процес підпорядковується закономірностям, що відбуваються не тільки в гідросфері, а й атмосфері, літосфері і біосфері. А притаманна географічної науці комплексність дозволяє вивчення просторово-часових закономірностей гідрологічних явищ і процесів на широкій географічній основі.

На протягом більше 300 років гідрологія не тільки накопичує вихідну інформацію про водних джерелах (це вдавалося ще далеким предкам), але й узагальнює, аналізує, розробляє наукові концепції і методи прогнозування гідрологічних подій. Перші територіальні узагальнення стоку зроблені з урахуванням закономірних змін клімату, рослинності, грунтів.

Великим подією наукової гідрології була поява в 1927 році перші карти річного річкового стоку. Мізерність вихідної інформації по стоку (32 пункту спостережень) і нетривалість рядів (10-40 років) не завадили автору Д. І. Кочеріну вловити головні особливості просторової мінливості річного стоку річок Європейської території Радянського Союзу: широтну зональність на рівнині і висотну поясність в горах. Карта, складена у великій мірі завдяки наукової інтуїції автора, правильно відображала територіальну характеристику водності рік, яка в подальшому отримала обгрунтоване доказ. Вона зіграла величезну роль у розвитку гідрології та вчення про стік, мала більшу наукову і практичну цінність.

У творця першої карти незабаром з'явилися послідовники. Б.Д. Зайков, С.Ю. Белин-ков, Д.Л. Соколовський, М.І. Львович і багато інших схематизувати і узагальнювали відомості з річкового стоку, типізував водний режим, класифікували ріки по джерел живлення і характером водного режиму.

Картографування гідрологічних характеристик - метод, запозичений з географії, довгі роки зберігає свою актуальність в гідрології. Квартира характеристики рідкого, твердого, іонного стоку річок окремих материків, великих регіонів, адміністративних областей.

Ідею розгляду вод як найважливішого елементу географічного ландшафту запропонував В.Г. Глушков (1933). Він сформулював її у вигляді географо-гідрологічного методу, який "встановлює причинний зв'язок усіх вод даного району з географічним ландшафтом в цілому, включаючи сюди, крім клімату, геологію, геоморфологію, грунти, рослинність і на основі цієї зв'язку встановлює характеристики властивостей самих вод ". В. Г. Глушков вперше в історії вітчизняної гідрології чітко позначив необхідність вивчення вод суші на генетичній основі, залежно від тих природних умов, в яких ці води знаходяться, підкресливши важливу роль фізико-географічних чинників. Він звернув увагу на зональність природних вод: "відшукання залежності між властивостями вод і ландшафтом слід робити, по суті кажучи, лише для своїх вод, обмежуючи розмір потоків умовами, щоб район зародження їх і додаткового харчування притоками весь уміщався в межах даного одноманітного географічного ландшафту ". Такий висновок означає визнання географічної природи гідрологічних явищ та об'єктів, що важливо з методологічної точки зору при вирішенні ряду водних проблем.

Такий шлях дослідження, діалектичний за своєю суттю, тісно пов'язаний з ученням В.В. Докучаєва про географічної зональності грунтів, А.И. Воєйкова - про взаємозв'язок природних вод та клімату, Л.С. Берга - про географічних ландшафтах, В.І. Вернадського - про єдність природних вод, А.А. Григор'єва - про фізико-географічному процесі природного середовища і на думку П.С. Кузіна (1960) "представляє, мабуть, єдину спробу в гідрології, де цілком чітко і ясно сформульована необхідність генетичного вивчення вод суші і моря залежно від тих природних явищ, з якими ці води знаходяться в постійного зв'язку та взаємодії ".

Географ-гідрологічний метод зіграв величезну позитивну роль у науковій та практичної гідрології. Ідея методу піддалася критиці і виявився надовго викресленою з історії гідрології.

На зміну гідрологічних узагальнень, заповнити недолік у натурних спостереженнях за елементами водного режиму, прийшли статистичні методи розрахунку річкового стоку, інженерні підходи у вирішенні проблем водних ресурсів. У такому аспекті досліджень гідрологія найбільше відповідає інтересам і запитам водного господарства, але виявляється безсилою при вирішенні комплексних водогосподарських проблем. У інженерної гідрології з'явилося безліч розрахункових формул, емпіричних залежностей, що пов'язують річковий стік з метеорологічними факторами або морфометрії водозбору. Але стік води - процес складний, багатофакторний, тому всі спроби знайти достатньо надійні статистичні залежності у вигляді кореляційних і регресійних зв'язків наштовхуються на великі труднощі. Незважаючи на широкий спектр вживаних методів: факторний, кластерний, головних компонентів та ін - знайти логічне математичний опис гідрологічних подій не завжди вдається. При сучасному господарському використанні вод необхідно враховувати зміни в стоці, викликані антропогенного діяльністю. На це питання емпірична гідрологія відповідей не дає. Вплив людини на навколишнє природне середовище настільки велике, зміни корінних ландшафтів, у тому числі і водних, настільки глибокі, що доводиться говорити про гідрології змінених водних ландшафтів, антропогенної гідрології.

Відхід від географічного фундаменту гідрологічних досліджень був тривалим, але все-таки тимчасовим. Нове звернення до Глушковський розуміння гідрологічних процесів відбулося в 70-і роки цього століття. Як зауважив Ю.Б. Виноградів (1988), це було пов'язано з тим, що "можливості традиційних методів гідрологічних розрахунків доведені до межі ". Більш об'єктивне пояснення, мабуть, полягає в тому, що статистичні методи вихолощують природу стоку, ставлячи його в залежність від одного, рідше двох-трьох факторів природного середовища формування.

В 70-80-х роках у різних наукових центрах країни відроджується або заново формується географо-гідрологічний напрям. В Інституті географії РАН - традиційне географо-гідрологічний (В. М. Котляков, Н. І. Коронкевич, Є. П. Чернишов), Інституті водних проблем РАН-географо-гідрологічний (Г. В. Воропаєв, А.Б. Авакян, С.Л. Вендров) і палеогеографії-гідрологічес-сяк (Р. К. Кліге), Державному гідрологічному інституті - зонально-ландшафтне (П. С. Кузін, В.І. Бабкін), МГУ-ландшафт-но-гідрологічний (А. І. Субботін), Інституті географії Сибірського відділення РАН, в Іркутську - геосістемно-гідрологічний (І. Н. Гарцман, А. Н. Антипов, Л. М. Корито-ний). За допомогою статистичного методу виявлені закономірності формування річкового стоку для фізико-географічних районів, природно-територіальних комплексів, географічних зон. Результати географо-гідро-логічних досліджень підведені до 150-річчя Російського Географічного товариства та окреслені завдання подальших напрямків діяльності (Географічні напрямки в гідрології, 1995).

В дослідженнях Воронежських гідрологів не було чітко визначеного географо-гід-рологіческого напрямку. Але гідрологічне районування ЦЧО (Курдів А.Г., 1966), картування всіх видів річкового стоку (Юнусов Г.Р., 1966, Курдів А.Г., Дмитрієва В.А., Протопопов В.В., Мішон В.М., Колпаче-ва М.П., Калюжний Л.А., Дегтярьов С.Д., 1975, 1987), дослідження водного балансу (Дмитрієва В. А., 1989), атмосферних опадів (Дмитриева В.А., Затула К.С., 1987) і водних ресурсів (Дмитрієва В. А., 1992) здійснювалися з урахуванням усього комплексу гідрокліматіческіх і фізико-географічних компонентів географічного ландшафту. Зональна мінливість опадів і випаровування на території ЦЧР обумовлює відповідне просторовий розподіл річкового стоку. Зменшення стоку річок відбувається з північного заходу на південний схід. Широтна зональність гідрологічних показників, характерна для рівнини, порушується під впливом Середньоросійської височини. У басейнах правобережних приток Дону: Сосни, Сіверського Дінця, Дніпровської річкової системи: Сейму, Тус-кари, Псьола - ізолінії річкового стоку тяжіють до меридіональному. Активну роль у формуванні і територіальної мінливості стоку відіграють грунту, ліс і лісові насадження, карст і гідрогеологічні особливості. Вплив лісистості, закарстованість, озер-ності, заболоченості, неспівпадіння кордонів поверхневого та підземного водозборів досить добре вивчена і за допомогою системи поправок до стоку може бути враховано (Розрахунки стоку річок і тимчасових водотоків, 1979). Менш обгрунтовані кореляційні зв'язки величини річкового стоку з показниками, що визначають властивості та стан грунтів. Але роль грунтів, як сполучної ланки між метеорологічними та гідрологічними явищами, очевидна. Ідеальний варіант виявлення ролі будь-якого фактора - організація на кожному водозборі комплексу одночасних фізико-географічних та гідрологічних спостережень. Проте в сучасних економічних умовах при скорочення стаціонарної гідрологічної мережі (приблизно на 40% до 1996 року), згортання експедиційних обстежень, закриття експериментальних стаціонарів (НДВС), скорочення програми їхніх робіт (ГМО "Кам'яна степ") реалізувати цей виключно ефективний прийом важко.

Природні умови створюють природний фон мінливості річкового стоку, який все більше ускладнюється втручанням людини. Негативним наслідком використання річкових вод в господарстві регіону стає кількісне та якісне їх виснаження. Поки водна проблема не прийняла загрозливо катастрофічний характер, але назріла, щоб говорити про неї. Зменшення водо-споживання у зв'язку з розладом економіки не знизило гостроти питання, скоріше навпаки: еколого-гідрологічні проблеми породили еколого-економічні. Вивчення змінених вод - предмет гідроекології - немислимо без об'єднання наукових потенціалів географів різних спеціальностей, гідрологів-дослідників і практиків, екологів, представників суміжних та точних наук. Добре розроблені географічні та гідрологічні принципи і методи з застосуванням апарату математичної статистики, комп'ютерного моделювання і графіки дадуть нові позитивні результати.

Список літератури

Вернадський В.І. Вибрані твори. - М., 1960. -Т. 4, кн. 2. - С. 24.

Географічні напряму в гідрології. -М.: Наука, 1995. -224с.

Глушков В.Г. Перспективи та шляхи розвитку гідрології в СРСР// Води, ресурси. -1986. -- № 6. -С. 10-17.

Дмитрієва В.А., Затула К.С. Мінливість і просторово-часовий аналіз полів атмосферних опадів на території Центрально-чорноземних областей/Воронеж, ун-т. - Воронеж, 1986. - Деп. вВНІІГ'Ш-МЦЦ23.01.87, К599-гм.

Дмитрієва В.А. Дослідження водного балансу лісостепової зони на прикладі Центрально-чорноземних областей: Автореф. дисс ... канд. геогр. наук. - Пермь, 1989. -16 С.

Дмитрієва В.А. Зміна водних ресурсів Центрально-чорноземних областей// Води, ресурси. - 1992. - № 4. - С.137-141.

Карти стоку річок і тимчасових водотоків/Под. ред. А.Г. Купцова. - Воронеж: Изд-во Воронеж, унта, 1975. -142 С.

Картирование імовірнісного стоку річок/А.Г. Курдів, В.А. Дмитрієва, В.В. Протопопов та ін -Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1987. -188 С.

Кузин П.С. Класифікація річок і гідрологічний районування СРСР. - Л.: Гідрометеоіз-дат, 1960.-456с.

Мілько Ф.Н. Основні проблеми фізичної географії. - М.: Висш. шк., 1967. - 251 с.

Мілько Ф.Н. Людина і ландшафти. - М.: Думка, 1973. - 224 с.

Розрахунки стоку річок і тимчасових водотоків/Под ред. А.Г. Курдова. - Воронеж. Изд-во Воронеж, унта, 1979.-201 с. 43

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.vestnik.vsu.ru