Материал: Федосеев, Иван Андреевич (1909-1998). Развитие гидрологии суши в России

Mitteleuropa» 49 предложил для выражения связи стока с осад­ ками в пределах Средней Европы кривую с уравнением:

у = 18ж 1СГ2 + -Ь210~5 + xs 10”7.

Видный русский гидрометеоролог Э. М. Ольдекоп в опубли­

кованной в 1911 г. глубокой работе «Испарение с поверхности

речных бассейнов», анализируя приведенные выше формулы

немецких авторов, заметил, что эмпирические данные, которы­ ми, например, пользовался Келлер, свидетельствуют, что «и в такой ограниченной области, как средняя Европа, не существует

общей для всех бассейнов кривой испарения или стока» 50. Сле­ довательно, предпочтение должно быть отдано формулам, учи­

тывающим особенности отдельных бассейнов. Учет этих особен­ ностей отражен, например, в формуле Ишковского, а также в опубликованной в 1904 г. формуле П. Шрейбера («Uber die Beziehungen zwischen dem Niederschlag und der Wasserfuhrung der Flusse im Mitteleuropa»).

мейства кривых, выходящих из начала координат. Написав это

уравнение в виде:

_ к

у — хе х,

где к = 2,3 а, Ольдекоп указал, что к представляет предел вели­

чины испарения при все увеличивающемся количестве осадков.

Относительно практической приложимости формулы Шрей­

бера Ольдекоп заметил, что она не дает возможности определить величину стока для бассейна, так как величина параметра а мо­ жет быть определена только из данных наблюдений за осадка­ ми и стоком, причем, по мнепию Шрейбера, по крайней мере в продолжение пяти лет. На рисунке (стр. 216) показаны графики

зависимости стока от осадков по уравнениям Пенка, Келлера и Шрейбера (для а = 350 мм). К недостаткам формул Пенка,

Уле, Келлера, Шрейбера Э. М. Ольдекоп справедливо относил следующее: во-первых, в них независимым переменным входит только величина осадков, между тем и другие климатические факторы в процессе испарения, а значит и стока, играют важ­

ную роль; во-вторых, формулы не учитывают распределения осадков по временам года, между тем зимние осадки испаряются

Юрьев, 1911, стр. 150.

215

учитываются формулой, предложенной Ольдекопом для годово­ го испарения:

Z = ZO th (£) .

13 этой формуле z0 — возможный для данных климатических условий максимум испарения при наличии постоянного избытка влаги в почве (понятие, введенное Ольдекопом); th — символ

гиперболического тангенса; х — среднегодовое количество осад­

ков. Ольдекоп считал, что формулу лучше применять отдельно

Зависимость стока от осадков по Пенку (7), Шрейберу (2)

иКеллеру (3)

кзимнему (XI—IV) и летнему (V—X) полугодиям. Тогда, на основании эмпирических данных, величина максимально воз­ можного испарения должна приниматься в следующих соотно­ шениях со средними для полугодий дефицитами влажности: для

(или точнее, целую группу кривых) следующего характера: для

х = 0, z = 0 и угол наклона кривой к оси абсцисс равен 45°; увеличение z с увеличением х замедляется, чем больше х, т. е. угол наклона кривой к оси абсцисс уменьшается, и кривая, на­ конец, переходит в прямую, параллельную оси абсцисс» 51. При­ менив свою формулу к некоторым рекам Германии и к Оке, Ольдекоп получил разницу в значениях стока, вычисленных по

51 Э. Ольдекоп. Об испарении с поверхности речных бассейнов. Юрьев, 1911, стр. 154.

216

формуле и фактически наблюденных, равной 1 —11%. Однако,, как замечает Д. Л. Соколовский, практическое использование формулы Ольдекопа затрудняется неизвестностью значений Коэффициентов при дефицитах влажности, изменяющихся в за­ висимости от географического положения.

Важным научным результатом исследования Ольдекопа яви­ лось установление двух крайних типов бассейнов по соотноше­ нию в них между осадками, испарением и стоком. Несомненно,.

Зависимость стока и испарения от осадков по Э. М. Олъдекопу

что испарение и сток являются функциями осадков.. Однако вид.

этих функций для различных бассейнов различен, причем раз­ личие это кроется в характере испарения, которое, все более

замедляясь с увеличением осадков, при некотором пределе по­ следних становится постоянным. Но из рисунка видно, что, если.

Кривые испарения и стока для бассейнов различного типа:

а — I тип— р. Ока; б — II тип — р. Дальэльф (Швеция): в — промежуточной тип р. Эльба (Германия). Кривые: 1 — испарение; 2 — сток

217

углы наклона кривой испарения к оси абсцисс изменяются от 45° до 0°, то изменение углов наклона кривой стока к оси абсцисс является обратным, и в сумме углы наклона обеих кривых в каждой точке составляют 45°. Исследуя данные по осадкам,

испарению и стоку для различных речных бассейнов и пред­ ставляя связь между этими величинами в пределах года линей­ ной, Ольдекоп показал, что могут быть выделены два крайних типа бассейнов: тип [ — бассейны, кривые испарения и стока в которых соответствуют нижним участкам кривых, изображаю­

щих общую зависимость между осадками, испарением и стоком (см. рисунок); тип II — бассейны, кривые испарения и стока

мм

1 рафики Мейера для определения испарения:

с поверхности почвы; б - растительного покрова; в - с поверхности воды,

снега и льда

2 IS

в которых соответствуют верхним участкам оощих кривых.

К I типу относятся бассейны зоны недостаточного увлажнения,

ако II типу — бассейны зоны избыточного увлажнения. Ясно, что между 1 и II типами находятся бассейны с различными соот­

ношениями между испарением и стоком.

Говоря о формулах определения среднегодового стока, сле­

дует указать еще на опубликованное в 1915 г. предложение

.американского исследователя А. Мейера, который попытался разработать вопрос об учете всех факторов, влияющих на сток,

и прежде всего исследовал влияние метеорологических элемен­ тов на испарение. Имея в виду, что испарение зависит прежде всего от осадков и температуры и что оно происходит с водной поверхности, снега и льда, с поверхности почвы и путем тран­ спирации растениями, Мейер построил три стандартных графи­ ка для средних условий, дающих возможность по метеорологи­ ческим данным подсчитать (с введением двух поправочных

коэффициентов, выбор которых недостаточно определенен) испа­ рение с поверхности речных бассейнов, а следовательно, и сток,

поскольку сведения об осадках обычно всегда имеются.

Возвращаясь к труду Э. М. Ольдекопа, укажем еще на то, что в нем большое внимание уделено исследованию факторов,

влияющих на испарение и сток. Установив типы бассейнов по характеру зависимости испарения и стока от осадков, Ольдекоп далее выясняет зависимость испарения от остальных климати­ ческих факторов (температуры, ветра, инсоляции, интенсив­ ности таяния снега, состояния почвы во время таяния, харак­ тера выпадения осадков). Он приходит к следующему общему выводу: «Очевидно, что в бассейнах II типа, в которых испаре­ ние независимо от осадков (прямая испарения II оси абсцисс),

величина испарения определяется исключительно (остальны­

ми.— И. Ф.) климатическими факторами; между тем как в бас­ сейнах I типа, в которых величина испарения почти равна коли­ честву осадков, испарение зависит главным образом от количе­ ства осадков. Для бассейнов промежуточных будет преобладать то влияние осадков, то влияние остальных климатических фак­ торов, смотря по тому, приближаются ли они к I пли II типу

•бассейнов» 52.

Весьма интересным является также исследование Ольдеко-

пом вопроса о влиянии на испарение и сток других, неклимати­ ческих, или, как он говорил, физико-геологических факторов (свойств почв, рельефа бассейна, растительного покрова, болот, озер). О взгляде Ольдекопа на гидрологическую роль леса, под­

52 Э. Ольдекоп. Об испарении с поверхности речных бассейнов. Юрьев, 1911, стр. 52.

2И

робкому выяснению которой он посвятил две главы своего труда, будет сказано ниже; здесь же мы укажем па то, что Ольде-

коп впервые дает количественную оценку соотношения между

влиянием на величину испарения и стока осадков и физико-гео­ графических факторов. На основании данных об осадках и испа­ рении по 50 бассейнам Средней Европы с осадками в пределах

ООО—900 мм Ольдекоп устанавливает, что верхний предел от­ клонения испарения в отдельных бассейнах от средней вели­ чины испарения для Средней Европы (446 мм), вызываемого именно влиянием всех других факторов, кроме осадков, равен

70 мм, или 15,7% • По отношению же к норме стока рек Средней Европы, равной 268 мм, предельное отклонение от нее под влия­ нием физико-географических факторов составляет 26%.

Именно то обстоятельство, что влияние на испарение и сток физико-географических факторов пе является значительным,, позволяет Ольдекопу на свой вопрос, «возможны ли вообще...

формулы (испарения и стока.— И. Ф.), принимающие во вни­

мание лишь влияние метеорологических факторов и игнорирую­ щие влияние физико-геологических», дать следующий ответ: «...если пе требуется особой точности, то, действительно, можно ограничиваться введением в формулу одних лишь климатиче­ ских факторов, тем более, что влияние физико-геологических факторов, по существу дела, трудно поддастся математической

формулировке» 53.

О монографии Э. М. Ольдекопа «Испарение с поверхности речных бассейнов» можно с полным основанием сказать, что

этот труд явился крупным достижением русской научной мысли

в познании закономерностей испарения и стока.

Рассматривая вопрос о влиянии на сток местных физико-

географических факторов, мы считаем интересным остановиться на истории длительной дискуссии по поводу гидрологической роли лесов и болот.

Вопрос о значении леса в ряду факторов, влияющих на кру­

говорот воды в речных бассейнах, имеет большой теоретический и практический интерес.

Какова роль леса в сложной связи гпдроклиматических яв­ лений, в частности, как влияет лес на водоносность рек — уменьшает или увеличивает ее,— вот тот вопрос, который еще if давнее время привлек к себе внимание многих исследователей

и породил обширную литературу, отразившую различные точки зрения, вплоть до диаметрально противоположных. В литерату­ ре, посвященной рассматриваемому вопросу, почти до самого

220

■увлажняет климат, храпит влагу, питает реки, поддерживает

их полноводность в сухие периоды года.

Сторонники этого взгляда, подчеркивая его древность, ссы­ лаются как па авторитет на римского писателя Витрувия, кото­ рый доказывал благотворное влияние лесов и болот на водо­ носность рек. Мы знаем, что это представление является общепринятым и в пароде, да и возникло оно из народных наблюдений. Но сторонники противоположного мнения о лесе

среди своих авторитетов имеют столь же древнего писателя Плиния Старшего, который считал, что произрастание деревьев препятствует образованию ключей.

Вопрос о гидрологической роли леса, то затухавший, то вновь возбуждавший интерес ученых, привлек к себе особенное вни­ мание после выхода в свет в 1837 г. первого тома труда немец­ кого ученого Г. Берггауза «Allgemeine Landerund Volkerkunde» (Stuttgart, 1837—1846), в котором он на основании

многолетних гидрометрических наблюдений за уровнями Эльбы и Одера пришел к выводу о последовательном уменьшении сто­ ка этих рек и объяснил это обстоятельство истреблением лесов.

При этом он считал, что истребление лесов привело к уменьше­ нию выпадающих осадков, полагая, что леса притягивают атмо­

сферную влагу 54.

В многочисленных сочинениях середины XIX в., посвящен­

ных рассматриваемой проблеме, авторы их, не обладая бесспор­ ными данными, которые доказывали бы непосредственное влияние леса на питание рек, весьма охотно прибегают к до­

казательствам от противного (раз реки по истреблении леса в данном бассейне обмелели, значит, лес поддерживал их мно­ говодье) и к общим, хотя часто верным рассуждениям.

В последнем отношении примером может служить статья

«О влиянии истребления лесов па обмеление рек и о мерах к предохранению от оного», напечатанная в 1836 г. в «Журна­ ле Министерства внутренних дел». В этой статье имеется не­ мало совершенно правильных замечаний, в частности о том,

что истребление лесов повышает уровень половодий и усили­ вает их вредное разрушительное действие, а также ускоряет занесение русел рек продуктами размыва обнаженных пока­ тостей рельефа. Главный же вред лесоистребления автор ви­ дит в том, что оно ведет к обмелению рек. При этом он утвер­

ждает, хотя и не приводит в доказательство никаких данных

измерений (да их в то время и не было), что «Днепр мелеет

год от году», мелеют Волга и Западная Двина, Москва-река и

Урал. Относительно некоторых рек европейского севера автор

54 Я. Вейнберг. Вопрос об уменьшении вод в источниках и ре­ пах. «Русский вестник», 1878, т. 133.

221