Шестакова Е.Н.
Российский Государственный Гидрометеорологический Университет, Санкт-Петербург, Россия E-mail: lenny.marlya.spb@gmail.com
Введение.
Планирование рациональной водохозяйственной деятельности, учитывающей как антропогенное влияние на водные ресурсы, так и изменения природного характера, является важной задачей в связи с ростом хозяйственной активности в бассейнах крупных рек, впадающих в Северный Ледовитый океан, а также в связи с наблюдаемыми климатическими изменениями.
Если вопрос антропогенного влияния на качество водных ресурсов рек, впадающих в Северный Ледовитый океан к настоящему времени достаточно хорошо изучен [1;2], то влияние климатических из- менений на сток рек при планировании водохозяйственной деятельности во многом изучено явно недо- статочно. Это связано, прежде всего, с ограниченным объемом фактических наблюдений, несовершен- ством моделей климатических изменений на глобальном и региональном уровнях, существующих под- ходах к оценке стоковой составляющей водного баланса в бассейнах крупных рек в связи с различиями в условиях формирования стока по всей длине водотока [3-6].
В настоящей работе на примере одного из крупнейших сибирских водотоков – реки Обь, - прово- дится сопоставление изменчивости водного стока с изменением ряда климатических параметров для ос- новного русла и притоков за максимально возможный срок инструментальных наблюдений, выявляются закономерности их связи и даются рекомендации по долгосрочному планированию водохозяйственной деятельности.
Согласно данным Института водных проблем РАН, существует две тенденции возможных будущих изменений гидрологических характеристик крупных рек. Во-первых, повышение температуры воздуха вызывает сокращение объемов годового стока вследствие увеличения испаряемости. Во-вторых, увели- чение осадков оказывает влияние на рост объемов стока. Чувствительность к тому или иному климатиче- скому фактору определяется условиями бассейна [7].
Согласно «Оценочному докладу об изменениях климата и последствиях на территории Россий- ской Федерации» [6] за период с 1978 по 2005 год произошло увеличение суммарного стока рек, относя- щихся к бассейну Северного Ледовитого океана, таких как Енисей, Обь, Лена, Колыма, Северная Двина, Печорапо сравнению с прошлым периодом с 1946 по 1977 годы. Таким образом, в связи снаблюдаемы- ми изменениями в стоке рек на территории Российской Федерации прогнозируется увеличение водных ресурсов в регионах с достаточным и избыточным увлажнением,то есть в бассейне Северного Ледовито- го океана.
В коллективной монографии «Водные ресурсы России и их использование» отмечается как увели- чение изменчивости стока, так и в целом общее его увеличение, связываемое с повышением количества осадков и снижением испаряемости. За 1978-2000 годы в европейской части России особенно заметно увеличение водности в меженные периоды, особенно в зимний. В азиатской части России значимые тренды зимнего стока отмечаются не повсеместно [8].
На фоне общего увеличения стока рек на территории России некоторые модели указывают на воз- можность уменьшения стока Оби к концу XXI века в основном из-за его уменьшения в верховьях, что является следствием ослабления зонального переноса в тропосфере и снижением эффективности перено- са атмосферных осадков вглубь материков [9].
Материалы и методы
Для анализа многолетней изменчивости стока реки Оби были привлечены данные Гидрологиче- ских ежегодников и данные электронной базы данных A Regional, Electronic, Hydrographic Data Network For the Arctic Region [10]. При оценках климатических изменений в исследуемом регионе были исполь- зованы данные ВНИИГМИ-МЦД [11].
Оценка многолетней изменчивости стока реки Оби проводились при использовании графических методов (построения интегрально-разностных кривых) и статистических методов (оценка на однород- ность и оценки значимости трендов) на основе данных наблюдений на гидропостах, равномерно распо- ложенных в бассейне реки Обь и находящихся в трёх природных зонах: лесотундре, лесной зоне и лесо- степи. В результате, было отобрано 13 створов с рядами наблюдений с 1936-го по 2005 год (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема расположения гидропостов в бассейне реки Обь, ото- бранных для дальнейшего анализа: 1 - р. Обь – г. Салехард; 2 - р. Обь – с.
Белогорье; 3 -р. Обь – г. Колпашево; 4 - р. Обь – Новосибирская ГЭС; 5- р. Обь – г. Барнаул; 6 - р. Обь – с. Фоминское; 7 - р. Полуй – ГМС Полуй;
8 - р. Пяку-Пур – с. Тарко-Сале; 9 - р. Северная-Сосьва – с. Сосьва; 10 - р.
Северная Сосьва – пгт Ирим; 11 - р. Иртыш – г. Тобольск; 12 – р. Иртыш – г. Омск; 13 - р. Бия – г. Бийск; 14 - р. Катунь – с. Сростки.
Результаты и их обсуждение
Анализ временных рядов данных наблюдений за стоком на отобранных створах позволил сделать ряд выводов.
В целом, для стока р. Обь по всей длине водотока характерны синхронные колебания и совпадение пиков маловодных и многовод- ных лет (с. Фоминское, г. Барнаул, Новосибирская ГЭС, г. Колпаше- во, с. Белогорье, г. Салехард). Для створа р. Обь – г. Колпашево, не- смотря на наличие тех же фаз, наблюдаются две тенденции: увеличе- ние водности до 1961 года и заметный спад с 1973. В промежутке наблюдается две фазы: уменьшение стока до минимума 1973 года, совпадающего с минимумами на других постах, и дальнейшее увели- чение. Одной из возможных причин является сокращение стока крупных притоков Оби – р. Томь и р.
Чулым выше поста в г. Колпашево
Синхронные колебания характерны для реки Катунь и реки Бия, а также верхней Оби. С 1999 года для реки Бия характерна маловодная фаза в отличие от Катуни и Оби. Такой характер колебаний связы- вается с факторами формирования стока. Ввиду высокой зависимости от количества осадков и малой значимости грунтового стока сток реки Бия подвержен большим колебаниям (Cv=0,2). Сток нижней Оби и р. Северная Сосьва имеет также синхронные колебания. Для р. Полуй характерна затянувшаяся мало- водная фаза с 1987 по 2001 год. Для других рек она закончилась в 1990 году.
Выявлена неоднородность средних значений стока и дисперсий в ряде г. Омск – р. Обь, неодно- родность средних - г. Колпашево – р. Обь, неоднородность дисперсий - г. Барнаул – р. Обь, г. Бийск – р.
Бия и с. Сростки – р. Катунь. Для выборки г. Колпашево – р. Обь неоднородность исследовалась в [12] и было установлено, что она является следствием изменений стока крупных притоков р. Чулым и р. Томь, то есть обусловлена естественными причинами и не связана с воздействием Новосибирского водохрани- лища. Остальные ряды, для которых была выявлена неоднородность, находятся в лесостепной зоне, где изменчивость стока выше, а естественная зарегулированность ниже, чем в лесной зоне.
Нарушение однородности сезонного стока выявлено для створа г. Омск – р. Иртыш во все сезоны, г. Салехард – р. Обь – в зимний период (по критерию Стьюдента), на реке Северная Сосьва – в летне- осенний период (критерий Фишера), на створе г. Барнаул – р. Обь – в зимний период (критерий Стью- дента) и весенний (критерий Фишера). Таким образом, не выявлено однозначных тенденций в наруше- нии однородности рядов наблюдений по сезонам.
Для современного периода потепления (с 1979 года) положительные тренды стока реки Оби и её притоков не являются значимыми. Сезонные тренды, носящие положительный характер, значимы только для постов в лесостепной зоне (г. Омск, г. Барнаул), но в разные периоды.
а). б). в).
Рисунок 2 – хронологические графики среднегодовых расходов реки Обь на створах: а). р. Обь – г. Салехард;
б). р. Обь – г. Барнаул; в). р. Обь – г. Колпашево.
Данные наблюдений за среднегодовыми температурами и осадками на исследуемом водосборе свидетельствуют о том, что в многолетнем ряду значимые тенденции не могут быть достоверно установ- лены. Такая же ситуация характерна для стока реки Оби и её притоков.
Что касается климатических изменений, то в настоящее время, наибольшее изменение среднего- довых температур воздуха наблюдается в континентальных районах на водосборах Верхней и Средней Оби. Относительные изменения годовых сумм осадков для данного района несколько выше этого пока- зателя в низовьях Оби и колеблются от 0,4 до 0,8% в год. Это объясняет тот факт, что формирующийся здесь речной сток претерпевает также несколько большие изменения в положительную сторону, чем в нижнем течении (порядка 0,4%/год ниже створа р. Обь - г. Барнаул). Согласно различным климатиче- ским моделям и сценариям изменение среднегодового стока реки Оби до 2050 года может составить от 1 до 10% (ECHAM4/OPYC3, HadCM3 и др.) [13].
Заключение
Сравнительный анализ характеристик годового стока Оби за два периода - 1936-1978 и 1979-2005 годы, - с помощью различных методов не позволил установить однонаправленных изменений по всему бассейну р. Обь. Статистически значимые тренды отмечены только для стока в лесостепной зоне. Это может быть объяснено тем, что в настоящее время, наибольшее изменение среднегодовыхтемператур воздуха наблюдается в континентальных районах на водосборах Верхней и Средней Оби, а также отно- сительные изменения годовых сумм осадков для данного района выше этого показателя в низовьях Оби и колеблются от 0,4 до 0,8% в год. Это объясняет факт большего увеличения формирующегося здесь речного стока, чем в нижнем течении (порядка 0,4%/год ниже створа р. Обь - г. Барнаул).
В связи с тем, что р. Обь является крупным транзитным водотоком, увеличение стока, происходя- щее в верхнем течении, не оказывает значительного влияния на годовой сток реки.
Выявленные тенденции изменения температур и количества осадков в бассейне реки Обь не явля- ются значимыми. В связи с тем, что в данном регионе возможны изменения в макроциркуляционных процессах, нельзя однозначно утверждать, что в будущем произойдет увеличение стока в Обском бас- сейне.
Планирование водохозяйственной деятельности должно основываться на прогнозировании фаз водности, влияющих на различные отрасли, такие как рыбопромысловую деятельность, на коммунально- бытовую сферу, нефтегазовую отрасль и судоходство.
Для развития прогнозирования количества и качества водных ресурсов необходимо развитие сети мониторинга, который включает в себя дополнительное развитие гидрологической сети наблюдений.
Литература:
1. Брызгало В.А., Иванов В.В., Замятин В.Ю., Макеев В.М. Чрезвычайные экологические ситуации в районах Российского Севера (учебное пособие). СПб.: Изд-во ГПА. – 2004. – 82 с.
2. Никаноров А. М., Иванов В. В., Брызгало В. А. Реки Российской Арктики в современных условиях антропогенного воздействия. – Ростов-на-Дону: Изд-во «НОК», - 2007. - 280 с.
3. Болгов М.В. О приоритетных наравлениях научных исследований для реализации водной страте- гии Российской Федерации на период до 2020 года // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Материалы Третьей всероссийской конференции с международным участием. Барнаул, 24-28 августа 2010 г. - Барнаул: Изд-во АРТ, 2010. С. 631-633
4. Бэйтс Б.К., Кундцевич З.В., С. У, Палютикоф Ж. П. (ред.), Изменение климата и водные ресурсы.
Технический документ Межправительственной группы экспертов по изменению климата, Секре- тариат МГЭИК, Женева, - 2008.
5. Малик Л. К. Факторы риска повреждения гидротехнических сооружений. Проблемы безопасности / Л. К. Малик ; отв. ред. Н. И. Коронкевич ; Рос. акад.наук, Ин-т географии. М.: Наука, 2005.
6. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федера- ции. Техническое резюме. М., - 2008.
7. Исследования чувствительности стока крупных рек Арктического бассейна к изменениям климата : отчет о НИР (заключит.)/ [Электронный ресурс]// Институт водных проблем РАН. - отв. исполн.
Гельфан А.Н. – Москва, 2012. – 103 с. URL: http://www.pik-potsdam.de/~valen/swim_manual/Lena- report_end.pdf (дата обращения: 28.01.2015.)
8. Водные ресурсы России и их использование/ Под ред. проф. И.А. Шикломанова. - СПб.: Государ- ственный гидрологический институт, - 2008. – 600с.
9. Хон В.Ч., Мохов И.И. Гидрологический режим бассейнов крупнейших рек Северной Евразии в XX-XXI вв. // Вод. ресурсы. - 2012. - Т. 39, № 1. - С. 3-12.
10. A Regional, Electronic, Hydrographic Data Network For the Arctic Region [База данных]./Режим до- ступа: http://www.r-arcticnet.sr.unh.edu/ Дата обращения: (20.11.14)
11. «Аисори – удаленный доступ к ЯОД-архивам» [Электронный ресурс] // ВНИИГМИ-МЦД Доступ к данным: http://aisori.meteo.ru/ClimateR (Дата обращения: 20.02.2015).
12. Методические рекомендации по оценке однородности гидрологических характеристик и опреде- ление их расчётных значений по неоднородным данным. – Санкт-Петербург, 2010. – 162 с.
13. ACIA (Arctic Climate Impact Assessment), 2005: Impacts of a Warming Arctic. Scientific Report.
Cambridge University Press, Cambridge, 1042 pp.