Хотя различие в стоке рядом расположенных парных бассейнов с разной степенью залесенности и объясняют влиянием леса, остается всегда сомнение: одинаковы ли при этом все прочие условия стока. Возможно, что различие в величинах стока в определенной степени объясняется также различными почвами, уклоном склонов и другими особенностями, как в случае, например, когда мы сравнивали сток Таежного и Усадьевского логов.
Ученые давно мечтали провести чистый эксперимент, результаты которого не вызывали бы никакого сомнения в том, что различие в стоке сравниваемых бассейнов объясняется только влиянием леса. Строгим представлялся эксперимент в одном бассейне при искусственном изменении степени его залесенности путем частичного или полного сведения леса.
Эксперимент этот довольно прост, хотя и требует значительного времени для получения надежных результатов. Нужно только выбрать опытный залесенный бассейн, провести в нем наблюдения за стоком в течение 5, а лучше 10 лет, а затем лес вырубить и продолжить наблюдения в течение 5—10 лет уже в безлесном бассейне. Сравнение стока за первый и второй периоды и даст ответ на вопрос о том, как влияет лес (или его вырубка) на водоносность рек. С одной, однако, оговоркой: если метеорологические условия (осадки, температура воздуха и др.) в эти периоды будут одинаковы.
Еще лучше, если эксперимент будет проводиться в двух бассейнах. После нескольких лет параллельных наблюдений в избранных двух небольших, вблизи расположенных бассейнах в одном из них лес вырубить, а другой бассейн оставить в качестве контрольного. Параллельные наблюдения вести еще несколько лет. Конечно, такого рода активные эксперименты потребуют немало времени. Но что значит 10—20 лет по сравнению с важностью проблемы и многолетней историей ее решения.
Первый вариант эксперимента был проведен в округе Ота (Япония). Сток в бассейне, покрытом лиственным лесом, наблюдался в течение 7 лет. После того как лес вырубили, в первый год сток увеличился на 11,6%, а в среднем за 3 года — на 7,3%. По мере возобновления леса на вырубках сток постепенно достиг первоначального значения.
Второй вариант экспериментальных исследований проводился в штате Колорадо (США). В течение 8 лет здесь велись параллельные наблюдения в двух небольших бассейнах, покрытых лесом на 78 и 84%. Во втором бассейне по прошествии 8 лет лес вырубили и наблюдения продолжали еще 7 лет.
Этот эксперимент также подтвердил, что после вырубки леса сток заметно увеличился. До вырубки леса годовой водный баланс лесного водосбора характеризовался следующими данными: осадки 540 мм, испарение 382 мм, сток 158 мм. После вырубки соответственно: 528, 343 и 185 мм. Сток, как мы видим, возрос почти на 20% (с 158 до 185 мм).
Аналогичные данные были получены в экспериментальных бассейнах ФРГ и Швейцарии. Они подтверждают: сток после вырубки леса увеличивается.
Обратите внимание: опять противоречие. Если после вырубки леса сток увеличивается, значит, лес уменьшает сток. А ведь после тщательного изучения водного баланса Таежного лога был получен другой вывод.
Но противоречие это кажущееся. Действительно, лес уменьшает поверхностный сток (тот, который измеряется в русле лога), но вместе с тем за счет снижения поверхностного стока увеличивает подземный сток. Увеличение подземного стока, к сожалению, мы в большинстве случаев не можем непосредственно измерить. Доказать это можно, лишь применяя метод водного баланса. Определив количество атмосферных осадков (ǝ) и рассчитав величину испарения с леса (ƶ), найдем разность этих величин ǝ—ƶ, которая даст суммарную величину поверхностного и подземного стока (ӯс). Измерив величину поверхностного стока (ӯп), нетрудно определить подземный сток (ӯподз). Он, очевидно, равен ӯс— ӯп= ӯподз (черточки над буквенными обозначениями поверхностного, подземного и суммарного стока показывают, что имеются в виду средние многолетние значения). Но так легко сделать, рассуждая теоретически. В природе это много сложнее. Дело в том, что величину испарения с поверхности леса (вернее, величину суммарного испарения с поверхности бассейна, покрытого лесом) непосредственно измерить невозможно (во всяком случае, наука пока не располагает такими методами). Ее можно определить (рассчитать) лишь приближенно, косвенными приемами, по данным градиентных (на разных высотах) наблюдений за температурой, влажностью воздуха и скоростью ветра. По соответствующим формулам, пользуясь этими данными, определяют отток водяного пара над лесом. Косвенное определение, не подтвержденное измерением, конечно, не может считаться вполне достоверным.
В какой-то мере достоверность расчета суммарного испарения с лесного водосбора может подтвердить разность осадков и стока (ƶ=ǝ—ӯ) в замкнутом бассейне, поверхность которого покрыта лесом. Получается замкнутый круг.
Приведенные выше данные активного эксперимента (с вырубкой леса) представляют большой интерес и являются серьезным шагом на пути раскрытия тайн гидрологии леса. Можно лишь пожалеть, что в нашей стране — самой богатой лесной державе — такого рода экспериментальных исследований не проведено. Выводы зарубежных исследований (активных экспериментов) относятся к иным природным условиям, к условиям преимущественного дождевого питания, в то время как в СССР подавляющее большинство рек основное питание получают за счет таяния снегов на равнинах или в горах.
Однако значение рассмотренных экспериментов все же нельзя переоценивать. Ведь после вырубки леса поверхность бассейна не изменилась, осталась прежней. Был срезан лес, но остались пни, лесная подстилка. Нас же интересует вопрос, как изменится сток, если после вырубки леса пни выкорчевать, поверхность бассейна распахать или подвергнуть урбанизации.