География и геология/3гидрология и водные ресурсы

К.т.н. Сотникова Л.Ф.

Институт водных проблем Российской Академии Наук

ДИНАМИКА ВОДНОСТИ РЕК ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ В РАЗЛИЧНЫХ ЗОНАХ УВЛАЖНЕННОСТИ

Изменения в направленности стокоформирующих факторов - атмосферных осадков и приземной температуры воздуха, которые произошли на рубеже ХХ и ХХI веков, обуславливают на современном этапе времени изменения в колебаниях водности рек, как элемента водного баланса суши. Актуальность исследований по анализу водных ресурсов России очевидна: именно гидрологической ситуацией обеспечивается надежность работы водохозяйственных систем и устойчивость эколого-экономического развития страны. Бассейны рассмотренных нами рек (Волги, Дона, Кубани) располагаются в разных географических зонах и являются типичными для своих широтных поясов.

Большинство рек и их водосборов испытывает значительные антропогенные изменения, которые нарушают однородность гидрологических рядов. Поэтому одной из основных задач является восстановление характеристик естественного гидрологического режима или приведение стоковых данных к условиям режима ненарушенного антропогенной деятельностью. Восстановление стока осуществляется следующими методами: регрессионными - с использованием парной и множественной корреляции; водно-балансовыми, с учетом изменений всех элементов водного баланса речного русла и водосбора; гидравлическими, основанными на восстановлении гидрографов стока, зарегулированного водохранилищами каскада гидротехнических сооружений, и заключающимися в расчетах неустановившегося движения воды в руслах рек. Выбор метода зависит от условий поставленных задач, а также наличия информации.

Для крупных речных систем, какой является Волга, сток может быть восстановлен по стоку частных бассейнов. Водобалансовые методы применимы на участках реки, где происходит русловое регулирование за счет создания водохранилищ, а также имеются крупные водозаборы или перераспределение стока в пространстве.

В нашей работе использован гидрологический ряд по стоку в створе у Волгоградского гидроузла, который был разделен на два периода: 1881-1955 и 1960-2009. Первый период характеризует естественный режим реки, а второй - нарушенный хозяйственной деятельностью. По этой причине сток второго периода был восстановлен, т.е. приведен к условиям естественного режима. По рядам двух периодов наблюдений определены статистические параметры и построены кривые обеспеченности. Совпадение статистических параметров и кривых обеспеченности свидетельствует о хорошем учете всех факторов, нарушающих естественный режим стока. Это дает право считать весь стоковый ряд по р. Волге статистически однородным за весь период наблюдений с 1881 года по 2009 год и использовать в исследовании.

Значительный интерес представляет анализ водности за последние годы по всему бассейну, прежде всего, для повышения надежности разрабатываемых рекомендаций по совершенствованию правил управления каскадом водохранилищ. Последние десятилетия (1987- 2009гг.) характеризуется для Волги повышенной водностью: обеспеченность (Р%) годового стока (280,1 км3) в створе Волгоградского гидроузла составляет приблизительно 30%. Анализ внутригодового режима показал существенное увеличение меженного стока. Рассматривая отдельные составляющие стоковые участки бассейна р. Волги, можно оценить различный вклад этих частей в формирование общего стока. Так, средняя водность периода 1987–2009 гг. по бассейну р. Оки практически не отличается от многолетней и равна 39,6 км3, т.е. имеет обеспеченность, близкую к 50%. Существенное повышение объемов стока наблюдаются по р. Каме и составляют 97,7 км3 (P»35%) и Верхней Волге – 35,3 км3 (P»40).

Таблица 1.1-Статические параметры годового стока бассейна Нижней Волги за разные периоды наблюдений.

Участок бассейна	Период 1881-2009 гг.			Период 1987-2009 гг.
	Wср., км^3	Cv	Cs/Cv	Wср., км^3	Cv	Cs/Cv
р.Волга–Волгоградский г/у	257	0,17	1,5	278	0,14	(0,5)

Многолетняя интегральная нормированная кривая годового стока в створе Волгоградского г/у показывает колебания стока Волги в условиях естественного режима (рис. 1): отмечается затяжное маловодье периода 1930-1939г.г., обеспеченность которого можно считать один раз в сто лет. А можно считать весь период с 1929 по 1977гг. как затяжное маловодье с некоторыми колебаниями водности, а следующий за ним период с 1980 по настоящее время –период повышенной водности.

Рис1. Интегральная кривая естественного стока р. Волги в створе Волгоградского гидроузла за многолетний период.

Наличие повышающего тренда в колебаниях годового стока реки Волги за весь многолетний период наглядно демонстрирует рисунок 2.

Рис 2. Динамика изменения многолетнего стока р.Волги у г. Волгограда.

Иначе картина водности за последние десятилетия складывается в бассейнах рек, водосборы которых находятся в зонах недостаточного увлажнения. К таким бассейнам относится бассейн р. Дон. Река Дон относится к числу рек России, наблюдения по которым начаты в 70-х – 80-х годах 19 века. Длительность наблюдений составляет более чем сто лет. Водосборная площадь Дона расположена в лесостепной и степной зонах, т.е часть стока формируется в зоне недостаточного увлажнения.

Водохозяйственная обстановка в бассейне Дона за последние годы характеризуется снижением экономической деятельности, что естественно, привело к снижению напряженности водохозяйственного баланса бассейна.

Даже с учетом этих тенденций водопользования динамика водных ресурсов Дона показывает снижение стока как в верховьях реки, так и в устье ( рис. 4).

Рис. 4. Динамика стока р. Дон в ств Цимлянской плотины за многолетие .

Cредне-многолетние характеристики стока практически не изменились. Но изменилось внутригодовое распределение: Так, за 2001-2005гг. по данным доля весеннего половодья в бассейне Дона снизилась с 74% до 42,4%, а зимней межени выросла с 15,3% до 24,8% [3]

Анализ водного режима рек показал высокую чувствительность внутригодового распределения стока к изменениям как атмосферных осадков, так и приземной температуре воздуха. При этом важна не только величина изменений в году, но и, главным образом, сезоны проявления этих изменений. На территории Европейской части России за последнее десятилетие повышение годовой температуры воздуха происходит за счет повышения зимних температур. В результате этих изменений сток внутри года приобретает более равномерное распределение: снижается половодный сток и повышается меженный в сравнении с данными при нормальных климатических условиях. Как показали исследования, исключением не являются и реки северного склона Кавказского хребта : р. Кубань и р. Терек. По многолетним рядам годового стока р.Кубань отмечается такая же тенденция увеличения стока. По бассейну р.Кубань исследовалась и динамика температур, осадков и оценивались изменения в режиме стока внутри года. Подробные данные представлены в нашей работе [2]. Здесь обращаем внимание на изменения в колебаниях стока за лимитирующий месяц, когда основное питание происходит за счет подземного стока. На рис 3 показана динамика стока лимитирующего месяца по основным притокам р. Кубань.

Рис 5. Нормированные кривые стока за сентябрь месяц р. Белой многолетнего периода 1926-2005г.г

Выводы. На рассмотренных конкретных бассейнах подтверждается глобальный вывод об увеличении водных ресурсов в зонах достаточного и избыточного увлажнения. Однако, в регионах, где обеспеченность водными ресурсами недостаточна, наблюдается уже сейчас ее уменьшение. Структура сезонных изменений водного режима рек зависит как от осадков, так и от приземной температуры воздуха. В результате повышения зимних температур сток приобрел более равномерное распределение внутри года: снизился в половодье и повысился в период межени, когда основное питание происходит за счет подземной составляющей. Более равномерное внутригодовое распределение речного стока благоприятно для водопользователей.