Многолетние колебания стока рек Новосибирской области

новосибирский экономический гидрологический река

Новосибирская область является одним из крупнейших экономических районов на востоке нашей страны. В области широкое развитие получили такие отрасли промышленности как химическая и радиотехническая, машиностроение и металлообработка, черная и цветная металлургия и ряд других. Интенсивно развивается и сельское хозяйство.

Естественно, что дальнейшее развитие промышленности, соответствующий рост числа крупных населенных пунктов, транспортных коммуникаций и так далее приведет к необходимости инженерно гидрологического обоснования проектов различного рода гидротехнических сооружений (водозаборов, очистных сооружений, мостов и так далее), что потребует соответствующего уровня гидрологической изученности водных ресурсов области.

Территория Новосибирской области расположена в той части Западно-Сибирской равнины, где наблюдаются наиболее резкие изменения природных условий, связанные с широтой зональностью климата. Отсюда, совершенно очевидно, что одним из условий успешного осуществления дальнейшего развития народного хозяйства области является знание и учет различных природных факторов и, в частности, гидрологическая характеристика территории, необходимая для оценки ресурсов поверхностных вод и для расчета различных элементов гидрологического режима рек и озер при инженерно-гидрологическом обосновании проектируемых объектов.

В основу дипломной работы положены материалы стационарных исследований гидрологического режима рек области, осуществляемых Гидрометслужбой. Значительная часть материалов при расчете дипломной работы была доработана с учетом новых методических рекомендаций (СП 33 - 101 -2003 - Определение основных гидрологических характеристик), а так же дополнительных данных (смотри раздел - Исходные данные). К этим данным относятся материалы по ряду речных постов области. Все это позволило уточнить гидрологическое районирование территории, получить по сравнению с указанными изданиями уточненные параметры гидрологического режима, составить более детальные карты для расчета этих параметров по неизученным рекам, а так же рекомендовать некоторые другие приемы расчетов.

В данной дипломной работе помещены фактические данные по изученности и гидрологическому режиму рек в виде таблиц, табличных приложений и картограмм. Результаты обобщения этих данных, необходимые для оценки расчетных характеристик режима, представлены также в виде соответствующих таблиц, графиков и карт и карт изолиний. Здесь же приводятся сведения о пунктах гидрологических наблюдений на реках.

Необходимо отметить, что в работе дается характеристика водных ресурсов Новосибирской области. А характеристика ресурсов реки Оби, является для области транзитными, поэтому некоторые сведения по изученности и гидрологическому режиму р. Обь приводятся не полностью (в пределах Новосибирской области). Поэтому в некоторых расчетах данные р. Обь не учитываются.

Результаты дипломной работы могут послужить основой при разработке региональных схем расчета элементов гидрологического режима рек.

1. Природные условия

Новосибирская область образована 28 сентября 1937 года, расположена в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины, примыкающей на востоке к Салаирскому кряжу. Занимаемая площадь около 178,2 тыс. км2, область располагается в трех природных зонах - лесной, лесостепной и степной. Максимальная ее протяженность с запада на восток - более 600 км и с юга на север - более 400 км. На западе и востоке область граничит соответственно с Омской и Кемеровской областями; с севера и северо-востока к ней примыкают земли Томской области, а с юга и юго-запада - Алтайского края.

Большая часть области лежит на междуречье Оби и Иртыша, занимая южную часть Васюганья, Барабинскую низменность и северную часть Кулундинской степи с ярко выраженным равнинным рельефом, и только в восточной части области располагаются остроги Салаирского кряжа (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Карта Новосибирской области

Протекающая с севера на юг по территории области р. Обь делит ее на две неравные, но геоморфологически четко различающиеся части - приподнятое и всхолмленное правобережье и левобережную преимущественно равнинную часть. Собственно левобережье Оби, дренируемое ее небольшими левыми притоками, в пределах области невелико, и поэтому левобережьем часто называют всю территорию области, расположенную западнее этой реки, так и к Обь-Иртышскому междуречью и бассейну р. Иртыша.

1.1 Геологическое строение и рельеф

Территория Новосибирской области отличается сложным геологическим строением. Большая ее часть (левобережье) расположена в пределах древней Западно-Сибирской плиты, покрытой сверху мощной (до 3000 м) толщей континентальных и морских отложений мезокайнозоя. Две обширные впадины древнего фундамента соответствуют современным низменностям:

Барабинской и Кулундинской, разделенным на востоке Приобским плато - одним из крупных разломов земной коры при ее опускании.

По правобережью области с юга на северо-восток тянется Колывань-Томская складчатая зона, сложенная преимущественно гранитами верхнего палеозоя и перекрытая сверху молодыми осадочными породами. С юго-востока к этой зоне примыкают складчато-глыбовые сооружения Салаира и Кузнецкого Алатау. Юго-западная часть их опускается под толщу рыхлых отложений, на северо-западе они выступают на поверхность в виде Салаирского кряжа. Здесь широко распространены вулканические породы, много известняков, песчаников, конгломератов, сланцев, развит карст.

К салаирским структурам с севера примыкает Горловский прогиб, заходящий от восточных границ области дугой на юго-запад. Это понижение земной коры заполнено в основном каменноугольными отложениями. Параллельно Горловскому прогибу вдоль р. Ини тянутся Буготакские сопки, сложенные пологими складками вулканических пород и метаморфических отложений.

На большей части территории высокой структурно-геоморфологической поверхности формы современного рельефа отражают тесную взаимосвязь с плановым положением ведущих структур палеозойского фундамента. Абсолютные отметки колеблются здесь преимущественно в пределах 200 -

300 м, при максимальной высоте 523 м на Салаирском кряже. Основу рельефа этой части территории составляют разнотипные формы овражно-балочной сети. В составе рельефообразующих пород преобладают лессовидные отложения различного механического состава.

Западная часть Новосибирской области относится к самой низкой структурно-геоморфологической поверхности с абсолютными отметками 90 - 110 м. От средней поверхности она также отделена довольно хорошо выраженным уступом, где высота резко снижается от 125 до 115 м. В пределах этой территории распространены морские фации, а также наиболее глинистые образования континентального олигоцена и неогена.

Основу геоморфологического строения здесь составляют молодые аллювиально-озерные низменные равнины, в пределах которых распространены классические формы гривного рельефа Западно-Сибирской равнины. В строении покровных образований здесь преобладают верхнечетвертичные песчано-глинистые отложения, с увеличением роли песчаных фракций по мере движения с севера на юг.

На западе низменные равнины граничат с областью развития древнеозерных равнин, где широко развиты отложения верхнего миоцена и нижнего плиоцена. В их литологическом составе преобладают глинистые отложения, часто обогащенные известково-мергелистыми конкрециями. Тонкозернистые пески и супеси редко встречаются в виде небольших линз и прослоев мощностью не более 20-30 м. Четвертичные отложения здесь представлены маломощным плащом покровных суглинков мощностью не более 1,5-3,0 м. В геоморфологическом отношении древнеозерные равнины характеризуются широким развитием плоско-западинных форм рельефа.

1.2 Гидрогеология

Новосибирская область расположена в пределах южной части Западно-Сибирского артезианского бассейна и его восточного палеозойского обрамления. Мощная толща рыхлых отложений этого бассейна включает здесь более десяти водоносных горизонтов, различающихся геологическим возрастом и мощностью водовмещающих пород (от верхнечетвертичных до кембрийских, силурийских и других отложений), их глубина залегания и водообильностью, а так же качеством подземных вод.

В южной части области верхний водоносный горизонт слабо связан с нижележащими, отличается низкой водообильностью и располагается на глубине 6 - 10 м. При движении к северу в зону оптимального и избыточного увлажнения уровни грунтовых вод повышаются до 3 - 6 м и менее, смыкаясь в понижениях рельефа с болотами. Эти воды тесно связаны с нижележащими водоносными горизонтами. Уровень их зависит не только от характера рельефа, но и от расстояния до дренирующей гидрографической сети.

В режиме уровней грунтовых вод четко выражен внутригодовой ход, обусловленный климатическими факторами. Годовая амплитуда колебания уровня изменяется от нескольких дециметров на водоразделах до 2 - 2,5 м в приречных участках. В целом она меньше в зоне недостаточного увлажнения. Фазы уровенного режима грунтовых вод обычно хорошо согласуются с режимом рек.

В питании рек и сезонном регулировании стока роль подземных вод в отдельных частях области различна. В наиболее увлажненных северной (бассейн р. Тары) и восточной (бассейн р. Берди) частях области доля подземного стока составляет 20 - 30%, в бассейне р. Оми, а также в районах, прилегающих к р. Оби, она изменяется в пределах 10 - 20%, снижаясь до значений менее 10% в бассейне оз. Чаны и даже 1% на крайнем юго-западе области.

1.3 Основные черты климата

Климат - это режим атмосферных условий, характерный для данного места Земли в силу его географического положения. Основными факторами, способствующими формированию климата, являются солнечная радиация, общая циркуляция атмосферы, характер подстилающей поверхности, влагооборот, термический режим (температура воздуха, почвы) и прочее.

Климат Новосибирской области, обусловливаемый ее положением внутри Азиатского материка и местными особенностями орографии, характеризуется в целом как континентальный. Ярко выраженная континентальность климата характеризуется резкими колебаниями температуры воздуха и атмосферных осадков.

1.3.1 Температура воздуха

Температура воздуха является одним из наиболее важных элементов климата. Средняя годовая температура воздуха в Новосибирске положительная и составляет 0,2°С (таблица 1.1).

Самым холодным месяцем является январь (минус 18,9°С), но в некоторые годы температура других зимних месяцев оказывается ниже январской.

Средняя изменчивость температуры воздуха в январе, как и во все зимние месяцы, велика. Наибольшие положительные отклонения от нормы, превышающие 8°, наблюдались в 1964 г. Наибольшие отрицательные отклонения минус11 -12°С зарегистрированы в 1900 и 1969 гг. Средняя температура воздуха февраля начинает постепенно повышаться. Положительные и отрицательные отклонения в феврале такие же, как в январе, но в среднем температура февраля на 1,7° выше январской. В январе и феврале устанавливается зимний режим циркуляции. Сильные морозы могут достигать минус 40 - 50°С. Понижение температуры происходит за счет ночного выхолаживания при ясной погоде в устойчивых антициклонах.

К лету циклоническая деятельность ослабевает. Повышение температуры воздуха в июне замедляется, и в среднем за месяц составляет 16,6°С. Внезапные вторжения арктического воздуха могут вызвать заморозки. Только июль полностью свободен от заморозков. Температура в этом месяце повышается, по сравнению с июнем, на 2,4°С и составляет 19,0°С. Июль - самый теплый месяц в году, но возможны случаи, когда максимальная температура воздуха наблюдается не в июле, а в июне (9% случаев) или в августе (8% случаев). В июле в среднем 27 дней бывает со средней суточной температурой выше 15°С, из них 12 дней - с температурой выше 20°С.

В Новосибирской области амплитуда колебаний средних месячных температур воздуха составляет в пределах области 36-38°, а экстремальных ее значений 85? на западе и юго-западе области и 95? - на востоке [7]. Средняя температура самого холодного месяца, января, составляет минус 19, минус 21°, абсолютный минимум достигает минус 47, минус 55°. Самый теплый месяц - июль, средняя температура воздуха в июле составляет 17-20?, абсолютный максимум температуры равен 37 - 40°. Более низкие значения температуры воздуха относятся к северным районам области и высокие - к южным. В правобережье на фоне широтной зональности элементов климата в их распределении по территории проявляется и вертикальная поясность, то есть зависимость от высоты местности. Продолжительность теплого периода с температурой воздуха выше 0° в пределах области составляет 185-195 дней и холодного периода 180-190 дней в году.

Характеристикой степени устойчивости погоды может служить многолетнее значение среднемесячных температур (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Многолетнее значение среднемесячных температур в г.Новсибирск

Оно зависит главным образом от адвективного фактора. Годовой ход значений температуры повторяет ход суточной амплитуды. В зимние месяцы она достигает наибольших значений и равна 3,7 - 4,9° , летом изменчивость наименьшая 1,8 - 1,9° . В отдельных случаях зимой она достигает +/- 20?, а летом +/- 10 - 14?.

1.3.2 Атмосферные осадки

Многолетнее, среднемесячное, сезонное, годовое количество осадков, их распределение по земной поверхности, годовой и суточный ход, повторяемость, интенсивность являются определяющими характеристиками климата, имеющими существенное значение для сельского хозяйства и многих других отраслей народного хозяйства. Для того, чтобы более точно охарактеризовать ситуацию, рассмотрим среднегодовое количество осадков в Новосибирской области (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Среднегодовое количество осадков (мм)

Рисунок 1.3 - Среднегодовое количество осадков

В зависимости от вида осадков год условно делят на два периода: холодный - с ноября по март, когда осадки в основном выпадают в твердом и смешанном состоянии, и теплый - с апреля по октябрь, когда преобладают жидкие осадки. В холодный период выпадает около одной четверти годового количества осадков (95 мм), основное количество их выпадает в теплый период (330 мм). Из общего количества осадков за год 28% приходится на твердые осадки, 63% - на жидкие и 9% - на смешанные (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Доля твердых, жидких и смешанных осадков (в %)

Снежный покров оказывает большое влияние на формирование температурного режима в холодный период и имеет большое значение для хозяйственной деятельности города. Время установления первого, еще неустойчивого снежного покрова в Новосибирске приходится в среднем на 16 октября. В зависимости от погодных условий дата появления снежного покрова в отдельные годы значительно колеблется. Отклонения от средней даты могут быть около месяца. При средней дате появления снежного покрова 16 октября в 75% лет снежный покров появляется 25 октября и позднее, а в 5% лет - 5 ноября и ранее. В начале зимы высота снежного покрова невелика (таблица 1.5).

Таблица 1.5 - Высота снежного покрова z, плотность снега и запас воды в снеге

Таблица. Высота снежного покрова z, плотность снега и запас воды в снеге

В ноябре она не превышает 12 см. Часто выпадение снега задерживается до декабря, а это приводит к тому, что снег выпадает на мерзлую почву. В основном в течение декабря происходит интенсивное накопление снега и быстрый рост его высоты от декады к декаде. Основные запасы снега накапливаются в первой половине зимы. В течение января - февраля полностью устанавливается зимний режим циркуляции.

Количество осадков и распределение их по территории Новосибирской области крайне неравномерно. На юго-западе они составляют 250-300 мм в год, на севере области - 450 мм, в районе Салаирского кряжа - до 500 мм и выше. В распределении атмосферных осадков влияние рельефа проявляется и в левобережной части области, где даже небольшие повышения местности (Бакчарская возвышенность в верховьях р. Оми, Приобское плато) характеризуются относительно большей величиной осадков.

В отдельные годы количество осадков значительно отклоняется от средних значений и колеблется от 150-500 мм на юго-западе до 300-700 мм на севере и востоке области. Наибольшее количество осадков выпадает обычно в июле (60-80 мм, в юго-восточной части 50-60 мм). На зимний период (ноябрь - март) приходится 17-20% годовой суммы осадков. Снежный покров на территории формируется постепенно, в конце октября - начале ноября. В первой половине зимы снега еще мало, с января высота его значительно увеличивается и достигает максимальных значений в степных открытых районах 35-55 см, на защищенных участках на 10-20 см выше. Наибольшие запасы воды в снеге составляют 100-130 мм.

По характерным сочетаниям увлажнения и теплообеспеченности подстилающей поверхности, которые обуславливают определенные

взаимосвязанные типы растительного и почвенного покрова в различные годы, В. С. Мезенцевым и И. В. Каррнацевичем [8] выделяются в пределах области четыре гидроклиматические зоны (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Схема гидрологических районов Новосибирской области.

Зона IV характеризуется оптимальным сочетанием тепла и влаги в средний и сухой годы и избыточным увлажнением во влажный год повторяемостью один раз в пять лет. Зона V отличается оптимальным увлажнением во влажный год, достаточным - в средний год и недостаточном - в сухой год повторяемостью один раз в пять лет. Теплообеспеченность зоны достаточная. Зона VI оптимально увлажнена только во влажные годы повторяемостью один раз в пять лет. В средние и сухие годы увлажнение ее недостаточно. Теплообеспеченность зоны достаточная. Зона VI занимает районы с недостаточным увлажнением во влажные годы повторяемостью один раз в пять лет и весьма недостаточным - в средние и сухие годы. Теплообеспеченность зоны достаточная.