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

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.

речной водосбор, источники питания, гидрохимические трассеры, модель смешения, разделение гидрографа

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: стационар ные 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.