Долгое время, в течение почти полутора веков, дискуссия о гидрологической и метеорологической роли лесов и влиянии их на климат и воды велась в условиях, когда спорящие стороны по существу не располагали систематическими данными и в научном отношении достоверными наблюдениями за водным режимом рек. Говорили об обмелении рек, не располагая при этом объективными сведениями о их водоносности. Систематические наблюдения за уровнем воды в реках России были начаты лишь с 1874 г., а с 1881 г. Министерство путей сообщения стало издавать результаты этих наблюдений в виде «Сведений об уровне воды на внутренних водных путях».
За более ранние годы (1876—1880) издан атлас водомерных графиков под названием «Сведения о стояниях уровня воды в реках и озерах Европейской России, по наблюдениям на 80 водомерных постах», 1881. 47 с. — Альбом графиков, 81 л.
Изучение водоносности рек (измерение расходов воды и подсчет стока) началось еще позже. Только на двух реках наблюдения за уровнем воды были организованы ранее: на Днепре у Лоцманской Каменки — с 1852 г. и на Немане у г. Смалининкай — с 1812 г.
К началу XX в. были накоплены материалы наблюдений за стоком в ряде пунктов за 2—3 десятка лет, а на Днепре и за больший период. Параллельно велись наблюдения за осадками. Это внесло существенные изменения в обстановку, в которой развивалась дискуссия о гидроклиматической роли леса и болот, не закончившаяся и в наши дни.
К началу XX в. впервые появилась возможность судить о водоносности рек России не с общих позиций и не на основе показаний старожилов или с помощью логических умозаключений, а опираясь на объективные данные многолетних измерений не только уровней, но и расходов воды. Именно к этому времени и относится работа одного из первых видных гидрологов страны Оппокова «К вопросу о влиянии лесов и болот на питание рек, в связи с новейшими данными по исследованию речного стока», опубликованная в журнале «Землеведение» за 1905 г. (кн. 3). В ней автор излагает содержание записки, внесенной им в Гидрологический комитет в связи с обсуждением в этом комитете вопроса об охране лесов и болот в бассейнах Верхней Волги и Западной Двины, в районе строившейся в то время железной дороги Бологое — Седлец.
Е. В. Оппоков, обработав данные о стоке Днепра выше Киева и осадках в бассейне, впервые показал, что водоносность рек от года к году изменяется и испытывает циклические колебания. Многоводные периоды сменяются маловодными, после чего вновь следует увеличение водности и т. д. Циклические колебания, как оказалось, хорошо согласуются с колебаниями осадков.
Говоря о той цели, с которой проводились исследования, Оппоков пишет: «Задачей дальнейшего изложения будет показать, что новейшие исследования речного стока приводят к выводу об огромном влиянии на речной сток в различных бассейнах главным образом только климатологических факторов — выпадающих в бассейнах атмосферных осадков и температуры, а равно об огромном влиянии на многолетний ход речного стока периодических многолетних колебаний этих двух основных элементов климата. Это суть те самые колебания климата и связанные с ним колебания водоносности рек, на которые обратил внимание Брюкнер еще в 1890 г.»
Сущность циклических колебаний водного режима заключается в том, что в течение ряда лет водность в бассейне реки (или рек) может более или менее непрерывно падать, а в другие периоды возрастать.
Людям, наблюдающим в течение 10 лет и более такое непрерывное уменьшение или увеличение водности реки, может показаться, что произошло какое-то нарушение ее режима. И если это более или менее совпадает по времени с вырубкой лесов или с осушением болот, или с какими-либо иными мероприятиями, внесшими изменения в условия стока талых и дождевых вод, немудрено, что эти различные по существу явления, могут быть поставлены в связь.
Таким образом, мы подходим к важному выводу о том, что необходимо строго различать понятия «изменение» и «колебание» водоносности рек и климата. Терминами «изменение» и «колебание» обозначают совершенно разные гидрологические явления.
Когда говорят, что сток какой-либо реки изменился, то надо понимать такие изменения в объеме и режиме стока реки, которые главным образом вызваны результатами хозяйственной деятельности человека в бассейне (вырубка лесов, осушение болот, распашка и др.).
Когда же говорят о колебании водности реки, то при этом имеют в виду снижение или увеличение речного стока, происходящее в течение более или менее длительного времени под влиянием колебания естественных метеорологических факторов, при относительной неизменности других условий стока в бассейне реки.
Различие, как мы видим, очень важное, имеющее принципиальное в теоретическом и практическом отношении значение. Однако эти два разных термина не всегда различают, смешивая изменения с колебаниями и наоборот.
Е. А. Брюкнер — первый, кто обратил внимание на циклические колебания климата, связанные с колебанием солнечной активности. Анализируя факты, говорящие за и против обмеления рек под влиянием вырубки лесов, он полностью отрицал выводы Векса и его последователей (1905). По мнению Брюннера, «общего понижения уровня воды в культурных странах на самом деле нет, а наблюдаемые изменения уровня рек непостоянны, неправильны и обусловлены местными причинами».
В частности, относительно предполагаемого обмеления рек он говорит: «Если в сухой период около 1830 г. или в такой же период около 1860 г. уровень воды в Сене, Дунае, Рейне, Эльбе, Одере, Висле и прочих реках стоял в пятилетних средних, на 1/2 м и того более ниже, чем в периоды, обильные атмосферными осадками, около 1815, 1850 и 1880 гг., то на судоходстве это сильно отразилось; в критическое время увеличились затруднения для последнего; появилась также обширная литература по вопросу о причинах понижения уровня рек, и по большей части такой причиной считали уменьшение лесов. Теперь мы знаем ее лучше: это колебания климата, которые влекут смену периодов, то благоприятных для судоходства, то неблагоприятных для него».
Объясняя наблюдаемое понижение или повышение водоносности реки естественными колебаниями климата, Оппоков подчеркнул необходимость при оценке влияния антропогенных факторов на речной сток учитывать, многолетние естественные флуктуации стока, вызванные колебаниями климата. После работ Оппокова простое сравнение значений среднего уровня воды за предшествующий и последующий периоды, к которому прибегали Берггауз, а затем Веке, Вейнберг и другие, даже если оно свидетельствовало о том, что имело место понижение уровня воды, не могло рассматриваться в качестве доказательства обмеления рек (уменьшение их водоносности).
Выявление изменений в водном режиме рек, происходящих под влиянием хозяйственной деятельности человека в их бассейнах, представляет сложную проблему. Наблюдая режим той или иной реки, сток которой понизился или, наоборот, повысился, нередко трудно получить ответ, произошло ли это в результате изменения водности реки под влиянием деятельности человека или имеет место обычное естественное колебание объема речного стока, вызванное циклическими колебаниями климата. Длительные многоводные периоды сменяются часто столь же продолжительными периодами маловодья. Каждый из этих циклов может захватывать десятки лет, а иногда периоды и большей продолжительности. Жизнь целого поколения людей может быть вполне соизмерима с длительностью таких циклов. Каждое поколение людей, живущих на Земле, застает реки в определенном состоянии на фоне многолетних циклических колебаний.
Наблюдая в течение длительного времени систематическое уменьшение водности реки, человек, не владеющий объективными методами анализа многолетних колебаний стока, не может сказать о причинах такого уменьшения. В 1932 г. Оппоков, рассматривая колебания водности рек СССР в историческое время, опираясь на свои представления о главенствующей роли климатических факторов, обусловливающих ее циклические колебания, дал прекрасный образец конкретной критики ошибочных представлений, коренившихся прежде всего в Министерстве путей сообщения, о якобы происходящем прогрессивном обмелении рек и ухудшении судоходных условий на русских реках. Он разбил «на голову» Максимовича, который на Втором съезде гидротехников продемонстрировал график колебания уровня воды Днепра у Киева, подтверждавший, по его мнению, непрерывное понижение уровней реки (особенно минимальных) с 1860 по 1893 г.
Максимович, как известно, связывал это с осушением болот Полесья, чем усилил хор критиков Западной экспедиции по осушению болот Полесья, выполнявшей работы большого государственного значения по приведению в культурное состояние обширной Полесской низменности.
Оппоков показал, что, хотя уровень Днепра у Киева действительно в течение 30 лет понижался, это тем не менее никак не может говорить о систематическом обмелении Днепра. Понижение уровня Днепра у Киева оказалось явлением чисто местного характера и объяснялось выправлением русла реки, проводившимся в эти годы в связи со строительством железнодорожного моста. На других водомерных постах Днепра, расположенных выше и ниже Киева (например, в Лоцманской Каменке), где русло было устойчивым, никакого систематического понижения уровня воды в эти годы не наблюдалось.
Несмотря на понижение уровня воды Днепра у Киева, водность его, как показал Оппоков, отнюдь не обнаруживала систематической тенденции к понижению. В течение последующих сорока лет, после того как Максимовичем был сделан доклад, уровень Днепра у Киева испытывал значительные колебания, повышаясь и понижаясь в основном под влиянием климатических факторов, поскольку русло реки после завершения работ по его регулированию приобрело известную устойчивость.
По мнению Оппокова, болота не только не являются регуляторами водного режима рек, а «ухудшают тот вред, который причиняется большой сухостью, с одной стороны, и большой влажностью — с другой. Торфяные почвы решительно уступают обыкновенным минеральным в отношении отдачи воды в сухое время года».
Обращаясь к выводам Никитина по этому вопросу, в своей работе «Режим речного стока Верхнего Днепра» (1930 г.) Оппоков писал: «К началу XX столетия нам преподносится под видом новейших выводов гидрологической науки заключение о необходимости для мнимой пользы рек охраны болот в их бассейнах от осушения».
Исходя из климатологической концепции формирования водного режима рек, он утверждал, что «питание и жизнь больших рек зависят всецело (подчеркнуто нами. — А. С.) от могущественных климатических и метеорологических влияний, изменить которые не во власти человека.»
Е. В. Оппоков пришел к заключению, что «действительного обмеления рек, соединенного с прогрессивной убылью в них воды, не существует и у нас, как не существует его в Западной Европе. Допускать такое обмеление и искать для него доказательства представляло бы бесцельный труд» (цитируется по М. И. Львовичу, «Человек и воды»). Этот вывод имел не только большое научное значение, но и прямые практические последствия. Разоблачение легенды о вредном влиянии осушения болот открыло путь к развитию мелиорации болот и заболоченных земель.
Выводы Никитина были окончательно развеяны позднее трудами Дубаха, Иванова, Романова и других ученых. Проведя тщательные многочисленные экспериментальные исследования, они показали, что болота не могут быть «питателями рек». Поглощая большое количество влаги, болота с трудом отдают ее рекам. Причина этого кроется в чрезвычайно низкой фильтрационной способности торфяной залежи, которая быстро уменьшается с понижением уровня грунтовых вод в болотах. К началу лета, когда уровень в болотах понижается на 30—50 см, вода, содержащаяся в торфе в большом количестве (до 93—95%), передвигается крайне медленно. Болота, таким образом, крепко удерживают воду, содержащуюся в торфяной залежи, а затем испаряют ее в атмосферу. Поэтому роль их в питании рек в межень не может быть положительной.
В начале нашего века мелиоративные работы на болотах после нанесенного им экспедицией Тилло удара постепенно возобновились. Государственное значение и особенно широкий размах эти работы получили в последние годы, когда по решению Партии и Правительства осуществляются в огромных масштабах работы по осушению заболоченных территорий Нечерноземной зоны РСФСР и в других районах страны, в том числе в Полесье, из-за осушительных работ в котором, проведенных экспедицией Жилинского, в свое время разгорелась дискуссия о роли болот в питании рек.
Однако рациональное решение проблемы осушения болот возможно только при всестороннем и тщательном учете процессов, происходящих в этой специфической экологической системе. Стремясь наверстать упущенное за годы бездействия, мелиораторы увлеклись задачей побыстрее увеличить и ввести в сельскохозяйственный оборот новые осушенные земли. Они «забыли», однако, что их задача заключается не в том, чтобы увеличить площади осушенных земель, а в том, чтобы обеспечить эффективное их использование для получения высоких и устойчивых урожаев.
За последние два десятилетия гидрологическая наука успела сделать новые важные выводы, касающиеся водного режима болот и тех изменений в нем, которые происходят при осушении. При одностороннем «осушительном» подходе к мелиорации болот возникает другая опасность — переосушение.
Как оказалось во многих случаях, осушенные земли не только не давали ожидаемых урожаев, но верхний переосушенный торфяной слой стал в сухие годы подвергаться ветровой эрозии (выдуванию).
Мелиорация (т. е. улучшение водного режима для повышения урожайности сельскохозяйственных культур) требует не просто осушения, а регулирования водного режима, создания оптимального для сельскохозяйственных культур водного режима. Иначе говоря, мелиорация требует осушительно-увлажнительных мероприятий, обеспечивающих сброс излишних вод в многоводные годы и подпитывание в засушливые периоды. При проектировании мелиоративных мероприятий надо, следовательно, не только рассчитывать габариты осушительных каналов и расстояния между ними, но и проектировать будущий водный баланс осушенных земель с таким расчетом, чтобы потребность в воде сельскохозяйственных культур, которыми эти земли будут заняты, была удовлетворена в течение всего вегетационного периода как в многоводные, так и в маловодные сезоны и годы. Это в свою очередь требует регулирования в мелиоративных системах отвода дренажных вод, а при неблагоприятных условиях (засушливые условия) — подпитывания осушаемых земель.