Ретроспективный анализ многолетних колебаний уровней воды в Докучаевском колодце в Каменной Степи

Анализируются многолетние и внутригодовые колебания уровня грунтовых вод в заповеднике Каменная Степь в Воронежской области по данным мониторинга Докучаевского колодца. Этот колодец является уникальным пунктом мониторинга грунтовых вод с наиболее длинным периодом наблюдений в России и Европе, составляющих уже 130 лет. Особенность формирования подземных вод четвертичного горизонта, который каптирует колодец, состоит в том, что внутригодовой и многолетний режим уровней грунтовых вод определяется динамикой инфильтрационного водообмена между подземными водами и поверхностью. Проведенный анализ основан на обширном фактическом материале включая многолетние ряды гидрогеологических наблюдений и базу метеорологической данных. Использован комплекс методов и подходов: статистические методы, корреляционный анализ, расчеты водного баланса по программе SURFBAL и др. По результатам кросскорреляционного анализа уровней воды в колодце и других наблюдательных скважин на четвертичный горизонт выявлено, что Докучаевский колодец является репрезентативным пунктом наблюдений для оценки закономерностей колебаний уровней грунтовых вод в Каменной Степи. На основе анализа временных рядов выявлено, что наблюденная динамика уровня воды в колодце наследует в многолетнем разрезе ход основных режимообразующих факторов — осадков и потенциальной эвапотранспирации, определяющих профицит или дефицит влаги для формирования инфильтрационного питания. С динамикой именно этих факторов связано отмечаемое в последние 15 лет экстремальное снижение уровней воды в колодце вплоть до его частичного осушения в 2020–2022 гг. На основе модельных исследований показано, что постепенно происходит трансформация внутригодового режима колебаний уровня воды в колодце в конце XX и начале XXI века по сравнению с серединой XX века в связи с изменениями условий весенне-зимнего впитывания влаги с поверхности земли и формирования инфильтрационного питания. Однако она не так существенна, как, например, трансформация гидрографов рек в бассейне Дона.

1. Барабанов А.Т., Панов В.И. Преобразование гидрологического режима агроландшафтов защитными лесными насаждениями // Живые и биокосные системы. 2016. № 16. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-16/article-6

2. Булыгина О.Н., Разуваев В.Н., Александрова Т.М. Описание массива данных суточной температуры воздуха и количества осадков на метеорологических станциях России и бывшего СССР (TTTR) Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620942. URL: http://meteo.ru/data/162-temperatureprecipitation#описание-массива-данных

3. Воронежский государственный природный биосферный заповедник имени В.М. Пескова. [Электронный ресурс]. URL: https://zapovednik-vrn.ru/ [дата обращения: 10.10.2021]

4. Гриневский С.О., Поздняков С.П. Принципы региональной оценки инфильтрационного питания подземных вод на основе геогидрологических моделей // Водные ресурсы. 2010. Т. 37, № 5. С. 543–557.

5. Зборищук Ю.Н., Турусов В.И. Микроэлементы в почвах каменной степи: Монография. Воронеж: Истоки, 2019. 94 с.

6. Киреева М.Б., Илич В.П., Фролова Н.Л. и др. Вклад климатических и антропогенных факторов в формирование маловодного периода в бассейне р. Дон 2007–2015 гг. // Геориск. 2017. № 4. С. 10–21.

7. Киреева М.Б., Фролова Н.Л. Современные особенности весеннего половодья рек бассейна Дона // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2013. № 1. С. 60–76.

8. Корабельников Н.А., Устименко Ю.А., Зинюков Ю.М. и др. Комплексная оценка гидрогеологических, инженерно-геологических и эколого-геологических условий как основа оптимизации мониторинга геологической среды территории федерального полигона «Каменная степь». Вып. 57. Воронеж: Изд-во Научно-исследовательского института геологии, 2009.

9. Рыбальский Н., Муравьёва Е. 25 лет заказнику «Каменная Степь» («Докучаевскому оазису») // Природа России. Национальный портал. 2021. URL: http://www. priroda.ru/reviews/detail.php?ID=12949 (дата обращения: 25.10.2021)

10. Трегуб А.И. Неотектоника территории Воронежского кристаллического массива // Тр. науч.-исслед. ин-та геологии Воронеж. гос. ун-та. 2002. Вып. 9. 220 с.

11. Турусов В.И., Титова Т.В., Чевердин Ю.И. и др. Каменная степь — колыбель разноплановых исследований (прошлое, настоящее и будущее) (обзор) // Итоги и перспективы развития агропромышленного комплекса: Мат-лы Междунар. науч.-прак. конф. / Сост. Н.А. Щербакова, А.П. Селиверстова. Соленое Займище: ФГБНУ «ПНИИАЗ», 2018. С. 254–259.

12. Харченко Н.Н., Харченко Н.А., Ахтырцев А.Б. Мелиоративная роль дубрав Центральной лесостепи // Лесотехн. журн. 2014. Т. 4, № 1(13). С. 40–47.

13. Хитров Н.Б., Чевердин Ю.И. Почвы Каменной Степи от времени В.В. Докучаева до наших дней // Живые и биокосные системы. 2016. № 16. URL: http://www.jbks.ru/archive/issue-16/article-2

14. Чевердин Ю.И., Ахтямов А.Г., Сауткина М.Ю. Влияние режима уровня грунтовых вод на биопродуктивность древесных пород в лесных полосах Каменной Степи // Живые и биокосные системы. 2018. № 24.

15. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М.: Изд-во МГУ, 1995, 368 с.

16. Mu Q.Z., Zhao M., Running S.W. Improvements to a MODIS global terrestrial evapotranspiration algorithm // Remote Sensing of Environment. 2011. Vol. 115, Issue 8. P. 1781–1800.

17. Pandas Documentation [Электронный ресурс]. URL: https://pandas.pydata.org/docs/user_guide/index.html#user-guide

18. Pyton Statsmodel [Электронный ресурс]. URL: https://www.statsmodels.org/dev/generated/statsmodels.tsa. seasonal.seasonal_decompose.html

19. Shuttleworth W.J., Wallace J.S. Evaporation from sparse crops‐an energy combination theory // Quarterly J. Royal Meteor. Soc. 1985. № 111(469). 839–855.

20. Thomas F.M. Vertical rooting patterns of mature Quercus trees growing on different soil types in northern Germany // Plant Ecology. 2000. № 147. Р. 95–103.

21. Yuan Y. et al. Examination of the Quantitative Relationship between Vegetation Canopy Height and LAI // Adv. Meteorol. 2013. Р. 1–6.