Связь гидрохимического режима с водным режимом рек большого Кавказа (в пределах Азербайджанской Республики)

Одним из важнейших факторов формирования химического состава русловых вод и режима его внутригодового изменения является водный режим рек. На формирование водного режима рек существенное влияние оказывают гидрографические особенности рек конкретной территории. Ввиду чего, здесь в общих чертах изложим некоторые гидрографические особенности рек Большого Кавказа, так как в задачу наших исследований не входит подробное изучение этих особенностей. Гидрографическую сеть южного склона Большого Кавказа и ее особенности во многом определяет Ганых-Агричайская долина, которая имеет характер подгорно-наклонной равнины. Южный склон Большого Кавказа очень круто спускается к Ганых-Агричайской долине. Рельеф долины представлен цепью мощных конусов выноса рек, расположенных по её северному борту, повышающиеся над межконусными понижениями до 250 м с общей шириной до 15 км. Параллельно Главному Кавказскому хребту с северо-запада на юго-восток, постепенно снижаясь, протягивается Боковой хребет. С северного склона хребта стекают рр. Куручай, Ахчай, Шабранчай, Дивичичай и др., а с северо-восточного склона – Кусарчай, Кудиалчай, Карачай, Вельвеличай и др. В зависимости от высотного расположения водоразделов происходит изменение в характере питания рек, в форме речных долин и других морфометрических элементов. С.Г. Рустамовым и Р.М. Кашкай [3, с. 8], в зависимости от орографических особенностей области Большого Кавказа, выделены следующие группы рек: 1. Реки южного склона Большого Кавказа, которые в свою очередь разделены на две резко отличающиеся друг от друга группы: а) Шеки-Белоканская (междуречье Мазымчай-Дашагылчай); б) Ширванская (от р. Алиджанчай до р. Ахсу); 2. Реки северо-восточного склона, которые также разделены на две группы: а) реки, стекающие с северо-восточного склона Главного Кавказского Хребта; б) реки, стекающие с северо-восточного склона Бокового Хребта; 3. Реки Гобустана (от р. Гадыссу до р. Пирсагат). В питании водотоков западной части южного склона рассматриваемого региона (Белоканчай, Катехчай, Талачай, Курмухчай и др.) талые воды составляют 25-30, дождевые 20-25 и подземные 45-50 % среднегодового стока рек [3, с. 9]. К востоку, по мере уменьшения высоты водосборов рек, в питании водотоков заметно понижается доля талых вод (16-30 %) и наоборот, наблюдается резкое возрастание дождевых (25-40 %) и подземных вод (38-60 %) в формировании водного стока рек восточной части южного склона (Турианчай, Геокчай, Гирдыманчай, Ахсучай и др.). Весеннее половодье здесь начинается в конце марта – начале апреля, заканчивается в июне-июле, иногда в августе. В этот период реки приносят около 50 % годового объёма стока. После окончания половодья на реках устанавливается летняя межень, иногда прерываемая дождевыми паводками. В сентябре летняя межень сменяется непродолжительным периодом (2-15 дней) осенних паводков. В конце ноября повсеместно устанавливается зимняя межень и в питании рек южного склона в этот период главенствующая роль принадлежит подземным водам с достаточно высокой минерализацией, под влиянием которых в течение всего меженного периода (ноябрь-март) в речных водах наблюдается относительный рост минерализации (300-500 мг/л) и содержания главнейших ионов на 45-65 %. Реки Гобустана заметно отличаются по режиму водного стока, на которых отсутствует половодье, и имеют лишь поводочный режим. Основными источниками питания для рек района (Пирсагат, Джейранкечмез, Сумгаит и др.) являются дождевые (45-60 %) и подземные воды (35-40 %). Лишь в верховьях этих рек и их притоков доля талых вод достигает 10-15% [3, с.11]. В период наступления паводков (апрель-май, сентябрь-октябрь) доля дождевых вод в питании рек достигает 90-95 % и минерализация воды в это время обычно колеблется в пределах 450-600 мг/л [1, с. 411]. Между весенними и осенними паводками на реках рассматриваемого района устанавливается межень (летняя, зимняя). В меженные периоды на реках наблюдается минимальный водный сток, формируемый, в основном, за счет высокоминерализованных подземных вод, а в наиболее длительные засушливые периоды реки пересыхают на большом протяжении ( в среднем и нижнем течении). Именно в период минимальных расходов наблюдается резкое увеличение минерализации (800-2000 мг/л) и главных ионов в два-три раза. В питании рек северо-восточного склона (Кусарчай, Кудиалчай, Вельвеличай, Гильгильчай и др.) талые воды составляют 30-40, дождевые 20-30 и подземные 30-40 % годового объёма стока. Основное накопление запасов влаги происходит за счет зимних осадков на больших высотах, которые являются одним из основных источников питания рек. В конце марта – начале апреля на реках рассматриваемого склона начинается половодье, формирующееся за счет таяния снега в горах (Кусарчай, Кудиалчай и др.) и выпадения дождей (Гильгильчай, Атачай и др.), заканчивается во второй половине августа и за этот период реки проносят около 60-70 % годового объёма стока. В период половодья в речных водах северо-восточного склона наблюдаются наименьшие величины минерализации и концентрации главных ионов (рис.1).

■-C, ▲- HCO₃, ●-Ca

■-C, ♦- SO₄, x-Na+K

Рис.1. Сезонное изменение минерализации и содержания преобладающих ионов в речных водах

После спада половодья в конце августа на реках наступает летнее - осенняя межень, которая иногда при отсутствии осенних паводков переходит в зимнюю межень. В меженный период в питании рек резко возрастает доля высокоминерализованных подземных вод (до 40-45 %), вследствие чего наблюдается существенный рост минерализации (1,5-2 раза) и содержания главнейших ионов (35-65 %) в русловых водах района (рис. 1).

Как видим из изложенного, гидрохимический режим очень тесно связан с водным режимом рек, в связи, с чем одна из основных задач настоящей работы заключается в определении зависимости химического состава воды рек от их водности, т.е. в установлении количественной связи между водным и гидрохимическим режимами рек. Установление таких связей имеет как теоретическое, так и практическое значение. Практическое их применение существенно расширяет пути исследования закономерностей формирования химического состава природных вод и его изменения в пространстве и во времени [4]. Кроме того, установление зависимости химического состава воды от расходов рек позволяет рассчитывать ионный сток малоизученных в гидрохимическом отношении рек и использовать их при прогнозировании химического состава речных вод. Проработки такого плана опубликованы в работах О.А.Алекина [2] и других авторов. Однако, как указывает О.А.Алекин [2], такая зависимость наблюдается не на всех реках. Поэтому одной из задач является определение зависимости химического состава речных вод от их водности. Для выявления тесноты связи минерализации с расходами воды нами использованы результаты наблюдений за водным и химическим стоками 27 рек региона (табл.).

Таблица

Минерализация и химический состав речных вод

Нами сделана попытка установить связь между среднегодовыми значениями минерализации и расходами воды рек Большого Кавказа, которая не увенчалась успехом, ввиду значительного разброса точек на поле графика. Так, если между многолетними среднемесячными значениями минерализации и расхода воды существует довольно четкая связь, то между их среднегодовыми значениями эта связь слабая. Построенные нами графики для ряда характерных рек региона позволили выявить тесную связь между среднемесячными значениями минерализации (С) с расходами воды (Q), выражающаяся в синхронном с обратно противоположным изменением кривых С и Q. Полученные связи между среднемесячными значениями минерализации с водностью рек исследуемого региона с применением метода генетического построения зависимостей графически выражаются кривыми, ветви которых приближаются к осям координат, т.е. кривой формы гиперболы (рис. 2).

р. Геокчай

р. Кудиалчай

♦- ветвь для подъема половодья ▲- ветвь для спада половодья

Рис.2. Зависимость минерализации (C) от расхода воды (Q)

Наряду с водностью рек в формировании химического состава речных вод и их гидрохимического режима большую роль играет степень увлажненности бассейна. Для большинства рек зоны недостаточного увлажнения наличие двух ветвей связи С=f(Q) наблюдается при значительно меньшей площади водосбора, чем для рек зоны избыточного увлажнения вследствие значительной расчлененности бассейна, более интенсивного и короткого половодья, а также достаточного смыва легкорастворимых солей с поверхности почвы в начальной стадии половодья.

При рассмотрении связей С=f(Q) установлено, что на малых реках минерализация воды в маловодные годы выше, чем при тех же расходах воды в многоводные годы. Такая закономерность хорошо прослеживается на примере характерных рек Большого Кавказа (Геокчай, Кудиалчай, Вельвеличай и др.) у которых на кривой связи минерализации с расходами воды выделяются три ветви в зависимости от водности года.

Малые реки, отличающиеся незначительными врезами долин, обычно дренируют верхние горизонты подземных вод. В результате относительно быстрого промывания верхних слоев почв и пород от легкорастворимых солей, минерализация вод изменяется синхронно с изменением водности рек. Вместе с тем, для горных рек снежно-ледникового питания при хорошем увлажнении водосбора за счет значительного количества выпадаемых осадков и распространения труднорастворимых горных пород влияние водности года на гидрохимический режим рек не прослеживается [4, с. 206]. Однако, в условиях исследуемого региона, в основном из-за распространения карста, изменение минерализации воды в реках в значительной степени определяется водностью года. При значительной закарстованности речных бассейнов с небольшой площадью взаимосвязь между минерализацией и расходами воды неоднозначна. Так, для р. Кудиалчай нередко минерализация воды на подъёме половодья ниже, чем на спаде (рис. 2). Подобное различие в значениях минерализации на подъёме и на спаде половодья наблюдается только при положительном влиянии карста на водный сток реки [4, с. 210]. Так, для р. Кудиалчай (площадь водосбора около 600 км²) при значительной закарстованности бассейна модуль водного стока на 20 % выше зонального и зависимость С=f(Q) представлена в виде двух ветвей (рис.2). Объясняется это тем, что при хорошей гидравлической связи реки с подземными водами в период развития половодья подземное питание уменьшается, а затем почти полностью прекращается за счет изменения направления уклона подземных вод в сторону от речной долины. Питание реки в это время осуществляется преимущественно маломинерализованными талыми водами поверхностного происхождения. Затем на спаде половодья, уклон подземных вод вновь приобретает направление в сторону реки и в её питании увеличивается доля подземной составляющей. Минерализация воды реки в это время существенно выше, чем при тех же расходах в период подъёма половодья.

Литература:

1. Абдуев М.А. Химический состав речных вод Азербайджана.//Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. М. 2010. №8, Т.1, С.410-413

2. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л. 1970. Гидрометеоиздат. 442с

3. Рустамов С.Г., Кашкай Р.М. Водный баланс Азербайджанской ССР, Баку. 1978.Изд-во Элм, 109с

4. Фадеев В.В., Тарасов М.Н., Павелко В.Л. Связь между гидрохимическим и водным режимом равнинных и горных рек СССР.//Труды IV Всесоюзного гидрологического съезда. 1976. Т.9. Л. С. 198-212