Наряду с изучением влияния леса на изменение водоносности рек в многолетнем разрезе большой научный и практический интерес представляет выявление роли леса в сезонном регулировании стока.
Водоносность рек и степень облесенности бассейнов изменяются параллельно в зависимости от географической широты местности, и от этого трудно избавиться при применении метода сравнения. Неизмеримо более убедительными были бы результаты наблюдений за стоком в водном бассейне при разной степени его залесенности. Но, к сожалению, значительные изменения в залесенности речных бассейнов произошли главным образом в прошлом веке, до начала систематических наблюдений за водным режимом рек. Найти такие речные бассейны, в которых степень залесенности за период наблюдений существенно изменилась, нелегко, так как в наш век леса вырубают осторожнее и это уже не приводит к обезлесению речных бассейнов значительных размеров, для которых только и имеются материалы сравнительно длительных наблюдений.
А. Г. Булавко, использовав метод сравнения в улучшенном варианте, т. е. проанализировав изменение режима стока в одном и том же бассейне при изменении за время наблюдений степени его залесенности, получил в своей работе «Водный баланс речных водосборов» интересные выводы. Он анализировал данные наблюдений в бассейнах р. Немана у Смаленинкай, где имеется самый продолжительный в стране ряд наблюдений, с 1812 г., т. е. более чем за 150 лет, р. Березины у Борисова и Бобруйска и р. Днепра между Оршей и Речицей, где наблюдения за стоком ведутся с конца прошлого — начала нашего века.
За исходный уровень степени залесенности этих бассейнов Булавко принял уровень 1887 г., когда была произведена специальная земельная инвентаризация (перепись). В результате вырубки лесов степень залесенности в рассматриваемых бассейнах почти непрерывно падала и в 40-х годах достигла минимума: 55—57% по сравнению с 1887 г. Это означает, что к 1950 г. почти на половине площади, занятой в этих бассейнах лесом в 1887 г., лес был сведен.
А. Г. Булавко наряду с данными о стоке собрал и проанализировал данные об атмосферных осадках, что позволило ему в какой-то мере иллиминировать возможное влияние неоднородности климатических условий за период наблюдений. Рассмотрев колебание осадков, стока и коэффициентов стока по десятилетиям, Булавко не обнаружил какой-либо односторонней тенденции — увеличения или уменьшения стока. Оказалось, что сток и коэффициенты стока (т. е. доля осадков, идущих на формирование речного стока), например, в бассейне Немана колеблются всего в пределах ±4% около своего среднего значения за многолетний период.
Никакой связи с динамикой степени залесенности Булавко в результате исследования не обнаружил и так резюмировал свои выводы: «Все это позволяет сделать вывод, что главной и определяющей причиной изменений (вернее было бы сказать, колебаний. — А. С.) стока являются не изменение лесистости и распаханности водосборов, а климатические факторы. К. аналогичному выводу пришли также П. Ф. Вишневский и И. Г. Рубцов на основании данных по южным рекам Украины» (с. 269).
Таким образом, Булавко в сущности подтвердил выводы Оппокова о преобладающей роли климатических факторов, сделанные еще в начале нашего века. Но Булавко пошел дальше и наряду с анализом многолетнего изменения годового стока произвел исследование сезонного распределения стока в том же бассейне Немана за 150 лет наблюдений. В качестве характеристики внутригодовой неравномерности стока он принял отношение объемов стока за три весенних месяца (март — май), когда преобладает поверхностный сток, к объемам летнего стока (июнь — август), когда питание Неман получает в основном за счет грунтовых вод. Это отношение он назвал коэффициентом неравномерности стока. И получил весьма убедительные данные, показывающие, что в течение 150 лет по мере уменьшения степени залесенности внутригодовая неравномерность стока непрерывно и устойчиво возрастала. Коэффициент неравномерности при средней величине, равной 2,36, в 1811—1840 гг. был равен 2,03, в 1841—1870 гг. — 2,25, в 1871—1900 гг, — 2,33, в 1901—1930 гг, — 2,45 и в 1931—1960 гг. — 2,75. За 150 лет коэффициент неравномерности увеличился с 2,03 до 2,75. Эти данные, таким образом, показывают, что весенний сток (март — май) за 150 лет увеличился, а летний сток (июнь — август) уменьшился. Из этого неизбежно следует вывод: лес уменьшает поверхностный сток и увеличивает грунтовый сток, существенно не влияя на объем годового стока, во всяком случае в бассейне Немана.
Нельзя не отметить, что изменение внутригодовой неравномерности стока удалось обнаружить при анализе 150-летнего ряда наблюдений. При анализе более коротких рядов наблюдений (20—30 лет), с которыми обычно имеют дело в гидрологии, выявить эти изменения практически невозможно, так как они лежат в пределах точности расчетов.
Прием, использованный Булавко для выявления влияния леса на внутригодовую неравномерность стока, интересен, а выводы представляются достаточно убедительными. Однако они относятся к одному бассейну р. Неман. Можно ли их распространить на другие реки? Существуют более сложные приемы анализа массового материала наблюдений на основе применения современного аппарата математической статистики: множественной корреляции. Мы не будем злоупотреблять вниманием и постараемся изложить сущность метода, не прибегая к формулам и уравнениям.
Основным преимуществом метода множественной корреляции является возможность выявления влияния на сток не одного или двух факторов, взятых в отдельности, а ряда факторов (например, 5—10), от которых в той или иной мере зависит режим речного стока. Этот метод, следовательно, позволяет (разумеется, при соблюдении ряда требований и ограничений) проводить более углубленное исследование влияния всего комплекса физико-географических факторов (залесенность, заболоченность, уклон, распаханность и др.) и каждого фактора в отдельности на режим стока (годовой, сезонный, максимальный и др.). Короче говоря, этот метод позволяет в принципе избавиться от вечного сомнения в равенстве прочих условий.
Одна из первых попыток использовать этот метод для выявления влияния физико-географических факторов (в их числе степени залесенности) на внутригодовую неравномерность стока принадлежит В. И. Бабкину (1969 г.). В качестве обобщенной характеристики внутригодового режима стока он принял так называемый коэффициент внутригодовой зарегулированности φ или коэффициент внутригодовой неравномерности d=1—φ.
Для того чтобы представить, что означает коэффициент φ, мысленно представим себе годовой гидрограф стока (график хода объема стока), на котором проведена линия, соответствующая среднегодовому расходу воды. Часть площади гидрографа, расположенная ниже линии среднегодового расхода воды, отнесенная ко всей площади гидрографа стока, и будет характеризовать внутригодовую зарегулированность, а разница d — внутригодовую неравномерность стока.
При изучении влияния на внутригодовую зарегулированность стока физико-географических условий. Бабкин рассматривал 8 факторов. В качестве показателя зональной водоносности, изменение которой по территории носит закономерный характер, он принял средний многолетний модуль стока М0 = л/(с∙км2). Из числа факторов, характеризующих поверхность бассейна и влияющих на сток, Бабкин использовал 7 факторов: размер площади водосбора, уклон реки, озерность, лесистость, заболоченность, закарстованность, распаханность. Зависимость внутригодовой зарегулированности от указанных факторов Бабкин изучал по данным наблюдений в 1280 пунктах, продолжительность наблюдений в которых больше 10 лет. Предварительно он произвел районирование территории ЕТС, выделив 56 районов «с однородными условиями внутригодовой зарегулированности стока».
Теперь, после необходимых разъяснений, касающихся метода множественной корреляции и условий, в которых он был применен, остановимся на выводах автора, полученных в результате исследования. Придерживаясь рамок интересующего нас предмета, рассмотрим лишь оценку степени влияния леса на внутригодовую естественную зарегулированность стока.
Результаты не дают однозначного ответа и несколько разочаровывают: в одних районах лес положительно влияет на внутригодовую зарегулированность стока, в других — отрицательно. Почему так происходит, автору установить не удалось. В 35 районах (из 56) значения частных (т. е. отражающих влияние какого-либо одного фактора) коэффициентов корреляции между коэффициентом зарегулированности и степенью залесенности оказались недостоверными, так как величины этих коэффициентов сопоставимы с ошибками расчета. При всей кажущейся заманчивости метода множественной корреляции применение его для изучения влияния леса на режим стока пока не вышло из стадии поисков. В сложном клубке различных взаимосвязанных факторов, влияющих на сток рек, трудно выделить и оценить роль какого-либо одного. Для этого требуется, как говорится, большой объем информации — большее число пунктов и большая продолжительность наблюдений.
При значительном числе выделенных Бабкиным районов в пределах каждого района оказалось сравнительно мало пунктов наблюдений, с помощью которых можно было бы выявить влияние большого числа факторов (в рассмотренном примере их было 8), и продолжительность наблюдений была недостаточной для надежных выводов.