Общие особенности гидрологического режима рек западной части бассейна Белого моря

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мурманский государственный арктический университет

Общие особенности гидрологического режима рек западной части бассейна Белого моря

Булавина Александра Сергеевна,

аспирантка

Белое море - это уникальный природный объект, который характеризуется уникальными гидрографическими, гидробиологическими и даже тектоническими особенностями. В формировании гидрологического облика Белого моря участвует множество рек различного объема стока. Гидрологический режим таких рек формируется под действием совокупности факторов, которые отличаются постоянным преобразованием во времени. Характер данных преобразований рассмотрен в данном исследовании.

Ключевые слова: сток, озеро, река, болота, половодье, температура, осадки.

White Sea - a unique natural object, which is characterized by unique hydrographic, hydrobiological and even tectonic features. In the formation of the hydrological image of the White Sea involving many different river runoff. The hydrological regime of the river is formed by the action of a combination of factors that differ by a constant transformation in time. The character of these changes considered in this research.

Keywords: runoff, lake, river, swamp, flood, temperature, precipitation.

На общем фоне тектонических изменений рельефа дна и очертания береговой линии в Белом море совершенно отчетливо проявляется действие различных мощных факторов, становящихся в ряде случаев господствующими, определяющими собой весь современный облик той или иной части водоема. Материковый сток в Бассейн и заливы Белого моря составляет в среднем около 180 км³ в год.

Общая площадь Белого моря составляет 89 600 км². Гидрологический режим Белого моря определяется его географическим положением, ветрами, характером водообмена с Баренцевым морем, сильными приливными течениями, речным стоком и изрезанностью береговой линии. Географическое положение моря обусловливает низкую температуру воды, которая почти половину года в поверхностном слое моря бывает ниже нуля. Речной сток повышает температуру воды и понижает ее соленость, особенно в заливах. Приливы в Белом море полусуточные мелководные, реже полусуточные. Приливная волна из Баренцева моря входит в северную часть Белого моря и далее распространяется в Горло и Мезенский залив.

На большей части водосбора отмечаются близкие геолого-геоморфологические условия развития гидрографической сети и русловых процессов. В основном это области с чередованием свободных и ограниченных условий. Свободные условия развития русловых переформирований наблюдаются в пределах приморской низменности и на отдельных участках побережья Белого моря. Такой водный режим и геоморфологические условия для большинства рек региона предопределяют характер русловых процессов, который находит отражение в распространении различных типов русел. Доли врезанных и широкопойменных русел в регионе практически равны. Наиболее распространенными типами русел являются излучины и разветвления. Столь многообразные и сложные гидрологические и геоморфологические условия оказывают заметное влияние на формирование своеобразного естественного гидрогеологического режима рек этого региона с преимущественно гидрокарбонатно-кальциевым типом вод [4].

Рассмотрим специфику гидрологического режима озерно-речных систем западной части Белого моря, в частности рек: Онега, Выг, Кемь, Умба, Поной, Варзуга, Стрельна, Ковда, Нива.

В вершине Кандалакшского залива наблюдается явление, обратное манихе. Здесь в период падения уровня при отливе происходит временное уменьшение скорости падения или даже некоторый рост уровня. Продолжительность этого явления около 1--1,5 ч. Наблюдается оно через 2--3 ч после момента полной воды.

В Кандалакшском заливе средняя величина сизигийного прилива возрастает от 1,5 м у входа в залив до 2,2 м в его вершине; средняя величина квадратурного прилива изменяется соответственно от 1,1 до 1,4 м. Время падения уровня на 1,5--2,2 ч больше времени его роста.

В Онежском заливе величины сизигийного и квадратурного приливов мало отличаются друг от друга. Во всех пунктах время падения уровня почти на 1,2 ч больше времени его роста.

Для оценки гидрологического режима озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря использованы материалы Государственного водного кадастра, российские и международные базы гидрометрических и климатических данных. К анализу приняты около материалы примерно по водосборам рек: Онега, Выг, Кемь, Умба, Поной, Варзуга, Стрельна, Ковда, Нива., выбранным в качестве репрезентативных. В качестве периода к рассмотрению были приняты данные по изменению характеристик годового, меженного и минимального месячного стока указанных рек за период продолжительностью 45 лет (1960-2005 гг.), который для удобства был разделен на два равных временных отрезка. Отдельное внимание уделено генезису стока для разных бассейнов рек и основным причинам современных изменений стоковых характеристик [1].

Для оценки гидрологических режимов указанных рек необходимо рассмотреть данные по всему бассейну речного стока, так и в его отдельных частях, что несколько ограничивает пространственные масштабы анализа целыми и частными водосборами в пределах западной части бассейна Белого моря. Цель исследования распространяется не только многолетние ряды, но и внутригодовые колебания гидрологических характеристик, формирование которых находится под влиянием глобальной циркуляции атмосферы над Белым морем. В качестве характеристики подземной составляющей речного стока принят меженный сток, рассчитываемый как среднемесячные расходы воды за маловодные месяцы. Выделение меженного стока подчиняется следующим принципам:

- в период межени практически отсутствует снегодождевое питание и река питается преимущественно подземными водами;

- меженный сток принимается равным подземному, величина которого определяется расчленением гидрографа речного стока по методике Б.И. Куделина;

- выбор периода осреднения для различных рек должен проводиться на основе генетического расчленения гидрографов рек и сравнения полученной величины подземной составляющей с различными характеристиками меженного стока.

Существенное повышение среднегодовой температуры наблюдается со второй половины 1970-х гг., оно составило ~1.55°С. Наиболее интенсивное и статистически значимое повышение среднегодовой температуры приземного воздуха произошло на территории питания озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря (0.53°С/10 лет). При этом увеличение средних температур воздуха за холодный период несколько выше и также прослеживается для всей рассматриваемой территории (0.45-0.6°С/10 лет). Средние температуры воздуха за теплый период также имеют тенденцию к увеличению (0.38- 0.58°С/10 лет), однако это увеличение во многих случаях статистически незначимо. Среднегодовое повышение температуры (+1.55°C) почти в два раза превышает глобальное, что свидетельствует о высокой скорости потепления. Для рассматриваемой водной системы области 2004 г. стал первым в ранге теплых лет за период с 1963 г. Теплое лето 2004 г. способствовало увеличению в среднем на 10-15% толщины сезонно-талого слоя мерзлых пород. Территория западной части бассейна Белого моря характеризуется наибольшим приростом сезонно-талого слоя мерзлых пород за период наблюдений с 1968 по 1972. Короткие ряды данных не позволяют достоверно оценить тренды сезонно-талого слоя мерзлых пород, которые составили ~0-2 см/год [2].

За 1976-2005 гг. установлено также некоторое увеличение годовых сумм осадков на территории озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря (0.24 мм/мес/10 лет). При этом сопоставление осадков теплого и холодного полугодий на территории озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря свидетельствует о противоположных тенденциях. Отрицательные тренды можно отметить в теплое полугодие (в целом для территории западной части бассейна Белого моря - 1.8мм/мес/10 лет) или вообще отсутствуют, а положительные - в холодное полугодие (0.73 мм/мес/10 лет). Увеличение количества осадков в холодное полугодие статистически более достоверно [3]. Хотя среднегодовое количество осадков возросло не столь существенно, обращает на себя внимание группировка ливневых выпадений в последние годы.

При соответствующем температурном режиме ливневые выпадения могут оказывать непосредственное влияние на формирование стока и его генетических составляющих. Таким образом, на фоне прогрессирующего потепления климата на большей части территории западной части бассейна Белого моря отмечается фаза повышенной водности и общей увлажненности. За рассматриваемый период - 45 лет - высокий уровень увлажнения фиксируется севернее 55° с.ш., где в отдельных областях увеличилась также доля жидких осадков в холодное время года. В значительной степени это обусловлено интенсификацией циркуляционных процессов в Северной Атлантике, влияющих на перемещение циклонов в центральные регионы России [1].

По степени своего влияния на сток рек Онега, Выг, Кемь, Умба, Поной, Варзуга, Стрельна, Ковда, Нива атлантические циклоны в маловодные годы (1966-1975 гг.) занимают лишь пятое место. Однако при смене маловодного периода на многоводный (1976-1985 гг.) воздействие атлантических циклонов на водность региона существенно возросло. Осадки теплого и холодного периодов года на рассматриваемой территории имеют различное происхождение. В теплый период формирование осадков связано с насыщенными влагой воздушными массами с Атлантического океана, Средиземного моря и Арктики. Общая доля всех осадков атлантического происхождения в среднем составляет немногим менее 50%, изменяясь в северном направлении от 70-75% до 35%. Такое распределение осадков объясняется особенностями циркуляции, обусловливающими убывание количества осадков в обе стороны от средних широт, особенно заметное в теплый период и не столь существенное в холодный [3].

Климатические изменения за период с 1985 по 2005 гг. отразились на величинах годового, сезонного и минимального стока рек на преобладающей части озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря. В результате сложившейся климатической ситуации создались в целом благоприятные условия для улучшения условий формирования водных ресурсов. В связи с повышением температуры и некоторым увеличением осадков холодного периода участились зимние оттепели, уменьшилась глубина сезонного промерзания пород зоны аэрации. Поэтому значительная часть сформировавшегося талого стока участвует в увеличении влажности пород зоны аэрации и питании подземных вод, что приводит к значительному росту меженного стока рек. Основная особенность современных изменений режима озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря - перераспределение стока внутри года при относительном постоянстве среднегодовых расходов воды. Практически для всех постов фиксируется сокращение доли стока за половодье в среднегодовом стоке воды. Перераспределение стока между половодьем и маловодным периодом года коренным образом меняет форму и общий вид гидрографа стока [2].

Неоднородная реакция речного стока в разных природных зонах озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря на изменения характеристик климата обусловлена следующими взаимосвязанными причинами:

- различием условий увлажнения и динамикой их изменений в этих зонах;

- различием ландшафтных условий водосборов, мощности и состава пород зоны аэрации;

- хозяйственной деятельностью человека.

Реакция стока на изменчивость климатических факторов особенно быстро проявляется на небольших водосборах. Наряду с этим, по оценкам ГГИ, влияние на сток своеобразной динамики промерзания зоны аэрации и повышенного осеннего увлажнения водосбора превышает 60%. Повышение зимних температур сопровождается уменьшением мощности ледового покрова. Вклад этого фактора в формирование зимнего стока требует дальнейшего изучения, так как исследования Е.В. Гуревич и Л.М. Маркова свидетельствуют о его значимом эффекте [5]. Существенная роль указанных факторов связана, прежде всего, с относительно теплыми зимами при слабом промерзании зоны аэрации и ее быстром оттаивании ранней весной, что сопровождается уменьшением миграционного потока влаги к фронту промерзания в верхней ненасыщенной зоне грунтов. Сокращение глубины промерзания зоны аэрации сопровождается активным формированием ячеистой структуры мерзлой зоны с преобладанием слабо мерзлых площадей (до 50-60%), что приводит к увеличению потерь талого стока на инфильтрацию и питание подземных вод. В связи с этим снижаются весенний склоновый сток и пики половодья в речной сети. С другой стороны, при суровых зимах более глубокое промерзание зоны аэрации способствует большей аккумуляции в ней влаги и ее активному участию в формировании весеннего половодного стока.

Следовательно, в современных климатических условиях к ведущим факторам регионального увеличения зимнего меженного рассматриваемых рек следует отнести частые зимние оттепели и неглубокое промерзание зоны аэрации, а также повышенное осеннее увлажнение водосбора. В зимний период возрастают потери талого стока на инфильтрацию по сравнению с предыдущими десятилетиями, что проявляется в повышении уровня грунтовых вод (далее УГВ). Воздействие климатических параметров в последние десятилетия на первичное звено гидрографической сети - болотные массивы представляет собой важную гидролого гидрогеологическую проблему современных условий формирования стока многих озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря с истоками в болотах. Характерными показателями изменения метеорологического режима болотных массивов в холодный период также следует считать количество оттепелей и сумму суточных положительных температур приземного воздуха. Участившиеся зимние оттепели приводят к уменьшению мощности снежного покрова, что сокращает запасы талой воды в весенний период. При этом промерзание болотного массива начинается позже - на 10-15 дней, а мощность сезонно-мерзлого слоя сокращается. В 1980-2005 гг. УГВ на болотах повысились в декабре-марте на 15-20% относительно среднего многолетнего уровня за 1960-1979 гг., а зимний сток с болот существенно вырос, особенно в феврале-марте [1]. Следовательно, интенсивность зимнего стока болотных вод зависит, прежде всего, от градиента зимних температур приземного воздуха и, соответственно, от глубины промерзания болотного массива, а также от частоты и продолжительности оттепелей.

Перестройка водного режима рек связана со значительным сокращением стока за половодье, увеличением числа, продолжительности и “глубины” оттепелей в холодный период и общим сокращением его длительности. Повышенное увлажнение территории, вызванное изменением циркуляционных и связанных с ними других климатообразующих процессов в последней четверти ХХ в., привело к улучшению условий формирования стока на озерно-речных системах западной части бассейна Белого моря. Наибольшие изменения годового стока (на 15-30%) наблюдаются на реках озерно-речных систем западной части бассейна Белого моря, расположенных примерно между 59 и 65° с.ш. Различная реакция колебаний водности рек на изменение климатических условий после середины 1970-х гг. в лесной и лесостепной зонах объясняется отличием для них ведущих факторов формирования годового стока. Здесь действует более сложный механизм отклика на изменение региональных климатических условий: зимние температуры повысились, более частыми стали оттепели, уменьшилось промерзание почв. В результате повышение зимних осадков частично компенсируется ростом потерь талых вод на увлажнение почвы с последующим увеличением испарения в весеннее-летний период. Некоторое понижение летних температур не оказывает решающего влияния на суммарную величину испарения. Во внутригодовом распределении стока заметно последовательное снижение максимальных расходов и распластывание волны половодья, постепенное увеличение меженного стока, особенно в 2000-е гг. [1].

Происходящие климатические изменения влияют не только на годовой сток, но и на особенности водного режима рек, объем и высоту весеннего половодья, величину их меженного стока. Это связано с тем, что до начала волны половодья происходит частичная сработка запасов воды в снежном покрове, что приводит к увеличению зимнего меженного стока и сокращению объема максимального расхода половодья. Максимальное сокращение половодного стока произошло в верховьях рек Кемь и Умба, где слой стока за половодье оказался наибольшим для всего бассейна. Практически на всех постах изменения носят аналогичный характер: весенний сток сократился с 67 (начало 1960-х гг.) до 40 мм (2000-е гг.), что составляет более 30% суммарного стока за половодье. Статистический анализ рядов показал, что для всех постов характерен статистически значимый отрицательный тренд (по критерию Спирмена). Сильнее всего снижение максимальных модулей стока проявляется в бассейнах средних и верховьях рек Выг, Варзуга, Стрельна, Нива. С начала 1960-х по 2000-е гг. максимальный модуль стока уменьшился, л/(с км² ): для реки Онега - от 62 до 40, для р. Выг - от 66 до 40, для рек Кемь, Умба, Поной - от 67 до 20, для рек Варзуга, Стрельна, Ковда, Нива - от 48 до 20. Сокращение максимального модуля стока в среднем составляет 40-60%. Эти изменения режима фаз годового стока обусловлены повышением температуры воздуха зимой, увеличением числа и продолжительности оттепелей и, следовательно, уменьшением предвесенних запасов воды, максимальных расходов весеннего половодья. Следовательно, уменьшение максимальных расходов вызвано в основном климатическими изменениями, но при заметной роли хозяйственной деятельности, поскольку снижение максимальных расходов не сопровождается столь же сильным уменьшением объемов стока за половодье.

Практически на всех постах в верховьях крупных и бассейнах средних рек наблюдается статистически значимый тренд сдвига даты начала половодья и максимального расхода воды на более ранние сроки. Общая тенденция современного режима стока - смещение дат окончания половодья на более поздние, в бассейне рассматриваемых рек - в среднем на 2-4 дня. В связи с этим продолжительность половодья увеличивается со статистически значимым трендом практически на 6-8 дней в зависимости от масштаба реки и широтного расположения водосбора [3]. Таким образом, происходят радикальные изменения условий формирования годового стока и его режима в последние годы, сопровождающиеся значительным снижением неравномерности внутригодового распределения, увеличением подземной и уменьшением поверхностной составляющих речного стока.

гидрологический река море белый

Литература

1. Водные ресурсы России и их использование / Под ред. Шикломанова И.А. СПб.: ГГИ, 2008. 598 с.

2. Водный кадастр Российской Федерации. Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество. 2009 г. СПб.: ARTXpress, 2010. 147 с.

3. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2009 году». М.: НИАПрирода, 2010. 288 с.

4. Дмитриева В.А. Географогидрологическая оценка водных ресурсов субъекта Российской Федерации в условиях меняющегося климата и хозяйственной деятельности. Автореф. дис. докт. геогр. наук. Воронеж, 2012. 47 с. 9. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2011 г. http://www.meteorf.ru

5. Калюжный И.Л., Лавров С.А., Романюк К.Д. Изменения водного режима болот севера и северо-запада России под влиянием климатических факторов // Вод. ресурсы. 2012. Т. 39. № 1. С. 13-22.

Размещено на Allbest.ru