sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S2587556620020107sergeogr-1042Research ArticleПриродные процессы и динамика геосистемNatural Processes and Dynamics of GeosystemsПространственная структура формирования стока на основе математического моделированияMathematical Modeling of Runoff Formation Spatial StructureПряхинаГ. В.PryakhinaG. V.ЗелепукинаЕ. С.ZelepukinaE. S.ГаврилкинаС. А.GavrilkinaS. A.s.gavrilkina@spbu.ruСоловьевВ. А.SolovyevV. A.

Санкт-Петербург, Екатеринбург

Saint Petersburg, Yekaterinburg

АмбурцеваН. И.AmburtsevaN. I.

Санкт-Петербург

Saint Petersburg

ВиноградоваТ. А.VinogradovaT. A.Санкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о ЗемлеРоссияSaint Petersburg State University, Institute of Earth SciencesRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о Земле; Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-БруевичаРоссияSaint Petersburg State University, Institute of Earth Sciences; Saint Petersburg State University, Institute of Earth SciencesRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о Земле; Эксперт ГАЗ, ОООРоссияSaint Petersburg State University, Institute of Earth Sciences; Expert GAZ, LLCRussian FederationМежпарламентская Ассамблея государств-участников Содружества Независимых ГосударствРоссияInterparliamentary Assembly of Member Nations of the Commonwealth of Independent States (IPA CIS)Russian Federation202001052020842218227Copyright © Пряхина Г.В., Зелепукина Е.С., Гаврилкина С.А., Соловьев В.А., Амбурцева Н.И., Виноградова Т.А., 20202020Пряхина Г.В., Зелепукина Е.С., Гаврилкина С.А., Соловьев В.А., Амбурцева Н.И., Виноградова Т.А.Pryakhina G.V., Zelepukina E.S., Gavrilkina S.A., Solovyev V.A., Amburtseva N.I., Vinogradova T.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1042

В работе приведены оценки стока с отдельных пространственных структурных частей водосборов, рассмотрена их роль в формировании интегрального стока с речных бассейнов северного макросклона Западного Саяна. В ходе ландшафтно-гидрологического анализа получена обобщенная база параметров почвенно-растительного покрова и поверхности склонов исследуемого региона. Возможность ее применения обоснована хорошими результатами сходимости моделируемых и наблюденных гидрографов суточных расходов воды. Количественно подтверждено, что на процессы формирования стока в различных типах лесов оказывают влияние состав доминирующих пород, сомкнутость древостоя, характер напочвенного покрова, выраженность уклонов. Преобладающие по площади водосборов таежные комплексы обеспечивают основной объем стока. Оценка вклада отдельных частей речных бассейнов в сток в замыкающем створе показала, что в пересчете на единицу площади наибольшие модули и коэффициенты стока характерны для гольцовых и тундровых комплексов. Для северного макросклона выявлено нарушение характера изменения модуля стока с высотой, связанное с особенностями снегонакопления в верхних частях водосборов.

Runoff estimation of drainage basin’s different spatial structural parts is presented in the research. The hydrological role of runoff-forming complexes is considered by the case study of the northern macroslope of the Western Sayan Mountains. The aggregate database of vegetation, soil and slope characteristics (hydrological parameters for modelling) was received during of investigated region’s analysis. The base’s applicability is justified by high results of calculated and obtained daily water discharge hydrographs’ convergence. An effect of different forest types characteristics (species composition, tree crown cover, slope steepness, soil, vegetation and other) in the runoff forming was quantitative confirmed. Water discharge is mainly provided by taiga geosystems which are prevail in water catchment areas investigated. According to the assessment of drainage basin different parts’ contribution to runoff the largest runoff modules and rates per unit of area are observed in nival geosystems and mountain tundras. Inconsistency of the runoff modules changing with altitude related to features of snow storage in the upper mountain levels of the Sayan Mountains’ northern macroslope was revealed.

моделирование стокасреднегорные водосборные бассейныстокоформирующий комплексобобщенная база параметров почвенно-растительного покроваЗападный Саянhydrological modellingrunoff forming complexesaggregate databasevegetation and soil cover characteristicsWestern Sayan MountainsReferencesАнтипов А.Н., Гагаринова О.В., Федоров В.Н. Ландшафтная гидрология: теория, методы, реализация // Геогр. и природные ресурсы. 2007. № 3. С. 56-66.Antipov A.N., Gagarinova O.V., Fedorov V.N. Landscape hydrology: theory, methods and implementation. Geogr. Prir. Resur., 2007, no. 3, pp. 56—66. (In Russ.).Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. Л., 1956. 256 с.Budyko M.I. Teplovoi balans zemnoi poverhnosti [The Heat Balance of the Surface of the Earth]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1956. 256 p.Бураков Д.А., Гордеев И.Н. Оценка предвесенних снегозапасов в бассейнах Красноярского и СаяноШушенского водохранилищ // Геогр. и природные ресурсы. 2013. № 1. С. 72-78.Burakov D.A., Gordeev I.N. Assessing snow storage within the catchments of the Krasnoyarsk and Sayano-Shushenskoe reservoirs. Geogr. Prir. Resur., 2013, no. 1, pp. 72-78. (In Russ.).Буренина Т.А., Овчинникова Н.Ф., Федотова Е.В. Изменение структуры водного баланса на вырубках черневой тайги Западного Саяна // Геогр. и природные ресурсы. 2011. № 1. С. 92-100.Burenina T.A., Ovchinnikova N.F., Fedotova E.V Changes in the water balance structure in cutover areas of the dark-coniferous taiga in the Western Sayan. Geogr. Prir. Resur., 2011, no. 1, pp. 92-100. (In Russ.).Буренина Т.А., Федотова Е.В., Овчинникова Н.Ф. Изменение структуры влагооборота в связи с возрастной и восстановительной динамикой лесных экосистем // Сиб. экол. журн. 2012. Т. 5. № 3. С. 323-331.Burenina T.A., Fedotova E.V., Ovchinnikova N.F. Change in the structure of the hydrological cycle in connection with the age and recovery dynamics of forest ecosystems. Contemp. Probl. Ecol., 2012, vol. 5, no. 3, pp. 323-331.Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Критический анализ. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 312 с.Vinogradov Yu.B. Matematicheskoe modelirovanie pro-tsessov formirovaniya stoka. Kriticheskii analiz [Hydrograph Simulation of Runoff Formation Processes. Critical Analysis]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1988. 312 p.Виноградов Ю.Б., Виноградова Т.А. Математическое моделирование в гидрологии. М.: Издательский центр “Академия”, 2010. 298 с.Vinogradov Yu.B., Vinogradova T.A. Matematicheskoe modelirovanie v gidrologii [Mathematical Modeling in Hydrology]. Moscow: Akademiya Publ., 2010. 298 p.Гагаринова О.В. Ландшафтно-гидрологические закономерности формирования стока в бассейне озера Байкал // Геогр. и природные ресурсы. 2012. № 3. С. 55-60.Gagarinova O.V. Landscape-hydrological regularities of runoff formation within the Lake Baikal watershed basin. Geogr. Prir. Resur., 2012, no. 3, pp. 55-60. (In Russ.).Гаевский В.Л. Альбедо больших территорий // Тр. ГГО. 1961. Вып. 109. С. 61-75.Gaevskii V.L. Albedo of large areas. Tr. GGO, 1961, no. 109, pp. 61-75. (In Russ.).Геткер М.И., Жданов A.A. Закономерности распределения высоты и плотности снежного покрова в горно-таежных районах Саян // Тр. САНИГМИ. 1992. Вып. 146 (227). С. 56-63.Getker M.I., Zhdanov A.A. The pattern of distribution of snow cover height and density in Sayan mountain-taiga areas. Tr. SANIGMI. 1992, vol. 146 (227), pp. 56-63. (In Russ.).Горошко Н.В. Ландшафтно-гидрологический анализ годового стока в бассейне Верхней Оби. Авто-реф. дис. ... канд. геогр. наук. Иркутск, 2007. 270 с.Goroshko N.V Landscape-hydrological analyses of annual discharge in the Upper Ob basin. Cand. Sci. (Geogr.) Dissertation. Irkutsk: Novosibirsk. State Pedagogical Univ., 2007. 270 p.Зубенок Л.И. Испарение на континентах. Л.: Гид-рометеоиздат, 1976. 295 с.Zubenok L.I. Isparenie na kontinentakh [Evaporation on the Continents]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1976. 295 p.Качинский Н.А. Физика почв. М., 1965. 318 с.Kachinskii N.A. Fizikapochv [Soil Physics]. Moscow: Vysshaya Shkola Publ., 1965. 318 p.Корчагин А.А., Мазиров М.А., Шушкевич Н.И. Физика почв: лаб. Практикум. Владимир: Изд-во Владим. ун-та, 2011. 99 с.Korchagin A.A., Mazirov M.A., Shushkevich N.I. Fizika pochv: laboratornyipraktikum [Soil Physics: Laboratory Workshops]. Vladimir: Vladimir. Gos. Univ., 2011. 99 p.Пряхина Г.В., Зелепукина Е.С., Журавлев С.А., Осипова Т.Н., Амбурцева Н.И., Виноградова Т.А. Оценка стока с малых горных водосборов методами гидрологического моделирования // Вестн. Моск. унта. Сер. 5. География. 2017. № 1. С. 29-37.Pryakhina G.V., Zelepukina E.S., Zhuravlev S.A., Osipova T.N., Amburtceva N.I., Vinogradova T.A. The assessment of run-off from small mountain watersheds by hydrologic modelling. Vestn. Mosk. Univ., Geogr., vol. 5, 2017, no. 1, pp. 29-37. (In Russ.).Рахманов В.В. Гидроклиматическая роль лесов. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 240 с.Rakhmanov V.V. Gidroklimaticheskaya rol’ lesov [Hydroclimatic Role of Forests]. Moscow: Lesnaya Prom-st. Publ., 1984. 240 p.Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики / отв. ред. Е.Э. Булаховской. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. Т. 16. Вып. 1. 388 с.Resursy poverkhnostnykh vod SSSR. Osnovnye gidrolog-icheskie kharakteristiki [USSR Surface Water Resources. Main Hydrological Features]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1977, vol. 16, no. 1. 388 p.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2018619084 «Комплексная программа распределенной гидрологической модели “Гидрограф”», правообладатель О.М. Макарьева. Дата регистрации 30.07.2018.Certificate of State Registration of the Computer Program No. 2018619084 “Complex Program of the Distributed Hydrological Model “Hydrograph”, the Right Holder is O.M. Makarieva, Registration Date: 30.07.2018. (In Russ.).Научно-прикладной справочник по климату СССР. Гидрометслужба СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. Вып. 21. Кн. 1. Красноярский край и Тувинская АССР. 504 с.Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR [A Handbook to Climate of USSR], vol. 21, book 1: Kras-noyarskii krai i Tuvinskaya ASSR [Krasnoyarsk Krai and Tuva Republic]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ. 1967. 504 p.Цимбалей Ю.М., Андреева И.В. Учет ландшафтной структуры водосборов при оценке водного баланса водоприемников (на примере бессточной области Обь-Иртышского междуречья) // Изв. Алтайского отд. Русского географического общества. 2015. № 1 (36). С. 23-30.Tsymbalei Yu.M., Andreeva I.V. On accounting the landscape patterns of the catchments when assessing the water balance of water intakes (by the example of a drainage area of the Ob-Irtysh interfluve). Izv. Altais-kogo Otd. Russ. Geogr. O—va, 2015, no. 1(36), pp. 2330. (In Russ.).Nash J.E., Sutcliffe J.V River flow forecasting through conceptual models // A discussion of principles. 1970. V. 10. № 3. P. 282-290.Nash J.E., Sutcliffe J.V River flow forecasting through conceptual models part I - A discussion of principles. J. Hydrol., 1970, vol. 10, no. 3, pp. 282-290.Semenova O.M. Experience in modelling runoff formation processes at different scales using data of water-balance stations // Status and Perspectives of Hydrol. in Small Basins IAHS Publ. № 336. 2010. P. 167-172.Semenova O.M. Experience in modelling runoff formation processes at different scales using data of water-balance stations. In Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins (Proc. of the Workshop Held at Goslar-Hahnenklee, Germany, 30 March-2 April 2009). IAHS Publ., no. 336, 2010, pp. 167-172.Shamseldin A.Y., O’ConnorK.M. A Non-Linear Neural Network Techniquefor Updating of River Flow Forecasts // Hydrol. and Earth Sys. Sci. 2001. V. 5. № 4. P. 577-598.Shamseldin A.Y., O’Connor K.M. A non-linear neural network technique for updating of river flow forecasts. Hydrol. Earth Syst. Sci., 2001, vol. 5, no. 4, pp. 577-598.Vinogradov Y.B., Semenova (Makarieva) O.M., Vinogradova T.A. An approach to the scaling problem in hydrological modelling: the deterministic modelling hydrological system // Hydrol. Processes. V. 25. № 7. P. 1055-1073.Vinogradov Y.B., Semenova O.M., Vinogradova T.A. An approach to the scaling problem in hydrological modelling: the deterministic modelling hydrological system. Hydrol. Process., vol. 25, no. 7, pp. 1055-1073. Doi: 10.1002/hyp.7901Zelepukina E., Pryakhina G., Shastina G., Amburtce-va N., Gavrilkina S. Estimation of small mountain drainage basin runoff based on runoff formation model (West Sayan case study) / 17th Intern. multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2017. Conf. proceedings 17 - Water resources, forest, marine and ocean ecosystems 31 - Hydrology and water resources, marine and ocean ecosystems. 2017. V. 17. № 31. P. 245-252.Zelepukina E., Pryakhina G., Shastina G., Amburtceva N., Gavrilkina S. Estimation of small mountain drainage basin runoff based on runoff formation model (West Sayan case study). In Int. Multidisciplinary Sci. Geoconf. Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. Conf. Proc. 2017, vol. 17, no. 31, pp. 245-252. Doi: 10.5593/sgem2017/31

The authors declare that there are no conflicts of interest present.