Динамика гидротермического режима в реках Донского бассейна на территории Тамбовской области Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 556

ДИНАМИКА ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА В РЕКАХ ДОНСКОГО БАССЕЙНА НА ТЕРРИТОРИИ ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ

© С.Н. Дудник, М.Е. Буковский, А.В. Можаров, К.С. Колкова, М.А. Чернова, И.В. Суровикина

Ключевые слова: бассейн реки Дон; гидрологические характеристики; гидротермический режим; ледовые явления; температура воды.

Проведен анализ динамики гидротермического режима в реках Донского бассейна в пределах территории Тамбовской области. Обобщены данные многолетних наблюдений за температурой воды в реках в теплый период года и данные многолетних наблюдений за ледовым режимом рек в холодный период года. Приведены данные о распределении температур в течение теплого сезона года и о продолжительности периодов наблюдения лед о-вых явлений и ледостава на изученных реках. Также проанализирована многолетняя динамика гидротермического режима.

ВВЕДЕНИЕ

Температура воды - важный показатель при использовании вод в хозяйстве, например в охладительных установках, в рекреационных целях и в быту.

Изменения температуры воды в реке влияют на многие важные черты ее гидрологического режима: ледовые явления (лед образуется лишь при снижении температуры воды до 0 °С); химические и биологические процессы (от температуры воды зависят, например, растворимость газов, быстрота многих химических реакций, жизнедеятельность организмов и т. д.); перенос взвешенных наносов потоком (гидравлическая крупность мелких частиц зависит от вязкости, а она, в свою очередь, от температуры воды).

Температура воды определяет наряду с минерализацией и химическим составом растворенных веществ качество воды.

Поскольку температура воды в реке реагирует на метеорологические факторы (температуру воздуха), основная причина временных изменений температуры воды в реке - метеорологическая.

В условиях умеренного климата наиболее типичны сезонные изменения температуры воды в реках. Зимой под ледяным покровом вода у поверхности реки имеет температуру около 0 °С. Весной в период повышения температуры воздуха и осенью в период ее понижения изменения температуры воды следуют с некоторым отставанием за изменениями температуры воздуха. Помимо сезонных колебаний температура воды в реках испытывает и суточные изменения, которые также отстают от изменения температуры воздуха [1].

Часто температура воды в реках изменяется ниже впадения крупных притоков. В летнее время существенно уменьшается температура воды в реках ниже водохранилищ, что объясняется поступлением в нижние бьефы гидроузлов глубинных вод из водохранилищ, имеющих пониженную температуру. На температуру воды рек, вытекающих из озер, большое влияние оказывает температура озерных вод, причем чем боль-

ше водная масса озера, тем на большее расстояние распространяется это влияние. Нередко температура воды в реках заметно возрастает в местах сброса отработанных вод промышленными предприятиями и тепловыми электростанциями. В таких случаях говорят о «тепловом загрязнении» речных вод [2].

По ширине и глубине реки температура воды вследствие турбулентного перемешивания изменяется мало. На реках с быстрым течением различия в температуре в разных участках поперечного сечения потока обычно не превышают 0,1 °С, на реках с медленным течением - 1-2 °С. Однако иногда можно заметить различия в температуре воды на поверхности и у дна, на стрежне и у берегов. Летом у дна температура немного ниже, чем на поверхности, а у берегов выше, чем в середине реки. Осенью у берегов температура воды оказывается немного ниже, чем в остальной части поперечного сечения потока [1].

Изучение гидротермического режима рек - весьма актуальная задача современной гидрологии. В настоящее время исследования такого рода проводятся в районах Горного Алтая (притоки оз. Телецкое) [3], Новосибирска (р. Томь) [4], на юге европейской территории России [5], северо-востоке России [6-7].

На территории Тамбовской области анализ термического режима водотоков проводился более полувека назад [8]. Современный гидротермический режим рек нашего региона изучен весьма фрагментарно [9].

В настоящей статье обсуждается динамика гидротермического режима в реках Донского бассейна на территории Тамбовской области.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В основу работы положены данные Тамбовского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Тамбовского ЦГМС) - филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Центрально-Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», получен-

ные с 6 гидрологических постов, расположенных на реках Донского бассейна. Расположение гидрологических постов представлено на рис. 1.

На основе данных Тамбовского ЦГМС была создана база гидротермических данных. В ее состав вошли таблицы с данными ежедекадных температур воды в реках Донского бассейна на территории Тамбовской области, а также данные среднемесячных температур воды в исследуемых реках за период с 1961 по 2012 гг. в теплый период года (апрель-октябрь). Для того чтобы оценить динамику термического режима в холодный период года (ноябрь-март), нами был изучен ледовый режим исследуемых рек.

Всего нами было обработано и переведено в электронный вид свыше 12 000 значений. В результате этого было составлено 12 аналитических таблиц.

Используя полученные в ходе анализа данные, нам удалось изучить гидротермический режим рек (рис. 2) в теплый сезон года, а также проследить многолетнюю

динамику температуры воды по месяцам теплого периода (табл. 1). Гидротермический режим холодного периода отражен в табл. 2 и 3.

В процессе работы использовались статистические методы анализа, описательный и картографический методы [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Из диаграммы, представленной на рис. 2, следует, что максимальная среднемесячная температура воды в реках Донского бассейна на территории Тамбовской области за исследуемый промежуток времени в теплый период года отмечается в июле (22,8 °С). Минимальная среднемесячная температура - в апреле (5,7 °С).

Годовое распределение температур носит аналогичный характер на всех исследуемых реках: с апреля по июль наблюдается повышение температуры, с июля по октябрь - ее понижение.

Рис. 1. Карта-схема расположения гидрологических постов на реках Донского бассейна на территории Тамбовской области

Таблица 1

Статистические характеристики временных рядов средних месячных температур воды

по гидрологическим постам

Гидрологический пост Среднее значение (°С) Стандартное отклонение (°С) Коэффициент тренда (°С/10 лет) Вклад тренда в дисперсию (%)

Апрель

г. Уварово 6,60 1,94 -0,07 0,34

с. Чутановка 5,70 2,02 -0,09 0,41

с. Курдюки 6,20 1,95 0,19 2,30

с. Заворонежское 5,90 2,34 0,16 1,02

г. Жердевка 7,10 2,34 0,28 3,24

пгт. Мордово 6,40 2,22 0,18 1,50

Май

г. Уварово 15,40 1,34 0,29 10,96

с. Чутановка 15,20 1,45 0,23 6,22

с. Курдюки 13,60 1,35 0,06 0,53

с. Заворонежское 15,30 1,80 0,26 5,00

г. Жердевка 15,90 1,78 0,35 9,28

пгт. Мордово 15,20 1,77 0,02 0,02

Июнь

г. Уварово 20,00 1,63 0,20 3,60

с. Чутановка 20,50 1,93 0,15 1,49

с. Курдюки 17,00 1,50 -0,14 2,04

с. Заворонежское 20,30 1,63 0,04 0,15

г. Жердевка 20,40 1,76 0,01 0,01

пгт. Мордово 19,50 1,71 0,24 4,57

Июль

г. Уварово 22,30 1,28 0,29 12,64

с. Чутановка 22,80 1,61 0,26 6,31

с. Курдюки 18,40 1,42 0,01 0,01

с. Заворонежское 22,20 1,59 0,24 5,57

г. Жердевка 22,10 1,45 0,59 0,41

пгт. Мордово 21,40 1,21 -0,04 0,29

Август

г. Уварово 20,60 1,08 0,26 14,17

с. Чутановка 21,20 1,22 0,18 5,15

с. Курдюки 16,20 1,19 0,05 0,34

с. Заворонежское 20,70 1,37 0,33 13,31

г. Жердевка 20,30 1,46 0,07 0,56

пгт. Мордово 19,50 1,25 0,03 0,13

Сентябрь

г. Уварово 14,70 1,06 0,11 2,66

с. Чутановка 15,10 1,30 -0,02 0,06

с. Курдюки 11,40 0,96 0,09 2,34

с. Заворонежское 14,90 1,27 0,12 2,06

г. Жердевка 14,70 1,31 0,23 7,49

пгт. Мордово 13,10 1,53 -0,30 9,17

Октябрь

г. Уварово 7,70 1,57 0,33 10,21

с. Чутановка 7,80 1,62 0,17 2,70

с. Курдюки 6,20 1,30 0,33 15,68

с. Заворонежское 7,90 1,77 0,29 6,58

г. Жердевка 7,90 2,12 0,79 33,06

пгт. Мордово 6,70 1,70 0,06 0,32

Наиболее низкая по сравнению с остальными реками температура воды за теплый период отмечена в р. Мокрая Панда у с. Курдюки. Исключением был месяц апрель, где минимальная температуры была в р. Ворона у с. Чутановка. Наиболее высокая температура

воды носит более неоднозначный характер. В весенние месяцы (апрель, май) наиболее теплая вода в р. Савала у г. Жердевка. С июня по сентябрь - в р. Вороне у с. Чута-новка. В октябре на большинстве створов температура воды становится приблизительно одинаковой.

Рис. 2. Средние значения температуры воды по месяцам, ос-редненные за период с 1961 по 2012 гг. по рекам Донского бассейна на территории Тамбовской области

Лишь в р. Мокрая Панда (с. Курдюки) и в р. Битюг (пгт. Мордово) среднемесячная температура воды значительно ниже, чем в остальных реках.

Анализируя табл. 1, можно сделать следующие выводы. За исследуемый период средняя температура в теплое время года в реках Донского бассейна на территории Тамбовской области в апреле колеблется в пределах от 5,9 до 7,1 °С, в мае - от 13,6 до 15,9 °С, в июне -от 17 до 20,5 °С, в июле - от 18,4 до 22,8 °С, в августе -16,2 до 20,6 °С, в сентябре - от 11,4 до 15,1 °С и в октябре - от 6,2 до 7,9 °С.

Стандартное отклонение от среднемесячных температур в апреле находится в пределах от 1,94 до 2,34 °С, в мае - от 1,34 до 1,8 °С, в июне - от 1,5 до 1,93 °С, в июле - от 1,21 до 1,61 °С, в августе - от 1,08 до 1,46 °С, в сентябре - от 0,96 до 1,53 °С и в октябре - от 1,3 до 2,12 °С.

Тренд в большинстве случаев положительный, лишь в некоторых месяцах по отдельным рекам он отрицательный. Это может свидетельствовать о повышении температуры воды в реках за исследуемый период.

Однако говорить о достоверности тренда по показателю Я2 [10] можно лишь в единичных случаях: в октябре на р. Мокрая Панда (с. Курдюки) и на р. Савала (г. Жердевка).

Анализ данных, представленных в табл. 2, позволяет утверждать следующее. Начало ледовых явлений на реках Донского бассейна на территории Тамбовской области приходится на первую половину ноября, начало ледостава в среднем - с 23 ноября по 15 декабря, вскрытие рек в целом приходится на конец марта и окончание ледовых явлений - с 25 марта по 18 апреля. Следует оговориться, что продолжительность ледостава определяется не только метеорологическими факторами, но и гидрологическими особенностями рек в конкретных местах наблюдений.

Анализируя табл. 3, можно сказать, что средняя за период с 1961 по 2012 гг. продолжительность ледовых

Таблица 2

Средние за период с 1961 по 2012 гг. даты начала и окончания ледовых явлений

Гидрологический пост Начало ледовых явлений Начало ледостава Вскрытие рек Окончание ледовых явлений

г. Уварово 15 ноября 15 декабря 30 марта 4 апреля

с. Чутановка 7 ноября 27 ноября 27 марта 7 апреля

с. Курдюки 16 ноября 12 декабря 8 марта 25 марта

с. Заворонежское 8 ноября 29 ноября 24 марта 7 апреля

г. Жердевка 6 ноября 23 ноября 28 марта 3 апреля

пгт. Мордово 5 ноября 25 ноября 22 марта 2 апреля

Таблица 3

Статистические характеристики продолжительности ледовых явлений по гидрологическим постам

Гидрологический Среднее значение Стандартное Коэффициент тренда Вклад тренда

пост (дней) отклонение (дней) (° С/10 лет) в дисперсию (%)

Ледовые явления

г. Уварово 14G 16 -6,5 45,99

с. Чутановка 15G 14 -3,4 24,41

с. Курдюки 12G 31 -17,1 64,86

с. Заворонежское 149 14 -2,5 11,84

г. Жердевка 149 15 -2,5 11,56

пгт. Мордово 148 16 -4,3 21,41

Ледостав

г. Уварово 1G4 2G -6,9 4,42

с. Чутановка 12G 2G -5,9 4G,14

с. Курдюки 82 38 -25,2 66,91

с. Заворонежское 116 24 -8,5 45,G7

г. Жердевка 125 21 -4,6 21,89

пгт. Мордово 117 25 -8,6 44,72

явлений на реках Донского бассейна на территории Тамбовской области колеблется в пределах от 120 до 150 дней, а ледостава - в пределах от 82 до 125 дней. Максимальный период ледовых явлений отмечен на р. Ворона (с. Чутановка) - 150 дней, а ледостава - на р. Савала (г. Жердевка) - 125 дней. Минимальные периоды ледовых явлений и ледостава отмечены на р. Мокрая Панда (с. Курдюки) - 120 и 82 дня, соответственно.

Стандартное отклонение от средней продолжительности периода ледовых явлений составляет около 17 дней, ледостава - 25 дней. Максимальное стандартное отклонение периодов ледовых явлений и ледостава наблюдается на р. Мокрая Панда (с. Курдюки) - 31 и 38 дней, соответственно. Минимальное стандартное отклонение периодов ледовых явлений отмечено на р. Ворона (с. Чутановка) и р. Лесной Воронеж (с. Заво-ронежское) - 14 дней, а ледостава - на р. Ворона (г. Уварово и с. Чутановка) - 20 дней.

Тренд во всех случаях отрицательный. Это свидетельствует о сокращении периодов ледовых явлений и ледостава.

В большинстве случаев по показателю R2 можно говорить о достоверности трендов. Лишь в единичных случаях достоверность трендов подвергается сомнениям: по продолжительности ледовых явлений это р. Лесной Воронеж и р. Савала, по продолжительности ледостава - р. Ворона (г. Уварово).

ВЫВОДЫ

Подводя итоги проделанной работы по изучению динамики гидротермического режима в реках Донского бассейна на территории Тамбовской области, можно отметить следующее.

1. За теплый период года:

- наиболее высокие температуры воды отмечены в июле;

- положительные тренды в большинстве случаев говорят о повышении температуры воды в реках в течение периода с 19б1 по 2012 гг., но достоверность этих трендов крайне невелика и носит единичный характер;

- анализ динамики среднемесячных температур свидетельствует о плавном повышении температуры воды с апреля по июль и о плавном ее снижении с июля по октябрь.

2. За холодный период года:

- на всех реках в целом наблюдаются близкие друг к другу сроки начала и окончания ледовых явлений;

- в ходе анализа трендов выявлено сокращение продолжительности ледовых явлений, что свидетельствует о повышении температуры воды в реках в течение периода с 1961 по 2012 гг.;

- в большинстве случаев полученные тренды достоверны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология: учебник для вузов. М., 2007. С. 229-230.

2. Общая гидрология (гидрология суши): учебник для вузов

/ Б.Б. Богословский [и др.]. Л., 1984. С. 157.

3. Зарубина ЕЮ., Долматова Л.А., Соколова М.И. Элементы гидрохимического режима приустьевых участков притоков Телецкого озера // Ползуновский вестник. 2006. № 2. С. 279-285.

4. Атавин А.А., Зиновьев А.Т., Кудишин А.В. Гидроледотермический режим в бьефах Крапивинского гидроузла. Прогноз и вопросы управления // Ползуновский вестник. 2004. № 2. С. 39-44.

5. Кузьмина Е.О. Особенности термического режима рек на юге Европейской территории России // Вестник ВГУ. Сер. География. Геоэкология. 2013. С. 86-92.

6. Михайлов В.М. Основные закономерности формирования термического режима рек и водоемов на северо-востоке Азии // Вестник СВНЦ ДВО РАН. Гидрометеорология. 2009. № 4. С. 27-34.

7. Бояринцев Е.Л., Сербов Н.Г., Попова Н.И. Формирование термического режима рек горных регионов зоны многолетней мерзлоты в летней период // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2006. № 2. С. 21 -24.

8. Курдов А.Г. Ледовые явления на реках ЦЧО и потери воды на ледообразование // Тр. Воронеж. ун-та. Т. 43: тез. докл. науч. конф., посвящ. 40-летию Великой Октябрьской социалистической революции. Воронеж, 1957. С. 61-63.

9. Дудник С.Н., Буковский М.Е., Колкова К.С., Суровикина И.В., Чернова М. А. Динамика ледовых явлений на реках Битюг и Савала в Тамбовской области // Эколого-географические проблемы регионов России: материалы 5 Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 85-летию естественно-географического факультета. Самара: ПГСГА, 2014. С. 304.

10. Колемаев В.А., Калинина В.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Кнорус, 2014. 376 с.

Поступила в редакцию 3 июля 2014 г.

Dudnik S.N., Bukovsky M.E., Mozharov A.V., Kolko-va K.S., Chernov M.A., Surovikina I.V. DYNAMICS OF HYDROTHERMAL REGIME IN RIVERS DON BASIN IN TAMBOV REGION

The dynamics of the hydrothermal regime in the rivers Don basin within the Tam-the Tambov region is studied. The data of long-term observations of water temperature in rivers in the warm season and long-term observations for ice regime of rivers in the cold season is considered. The data on the distribution of temperatures during the warm season of the year and the length of observation periods and freeze ice phenomena on rivers are studied. Also the long-term dynamics of hydrothermal regime is analyzed.

Key words: Don River basin; hydrological characteristics; hydrothermal regime; ice phenomena; water temperature.

Дудник Сергей Николаевич, Тамбовский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения «Центрально-Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», г. Тамбов, Российская Федерация, начальник центра, e-mail: dudsn@yandex.ru

Dudnik Sergey Nikolayevich, Tambov Center for Hydrometeorology and Monitoring of Environment - branch of Federal State Budget Institution “Central-Chernozem Department for Meteorology and Monitoring of Environment”, Tambov, Russian Federation, Head of Center, e-mail: dudsn@yandex.ru

Буковский Михаил Евгеньевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат географических наук, доцент кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: mikezzz@mail.ru

Bukovsky Mikhail Evgenyevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Geography, Associate Professor of Ecology and Life Safety Department, e-mail: mikezzz@mail.ru

Можаров Александр Владимирович, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат химических наук, доцент, зав. кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: vstk98@mail.ru

Mozharov Aleksander Vladimirovich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Chemistry, Associate Professor, Head of Ecology and Life Safety Department, e-mail: vstk98@mail.ru

Колкова Ксения Сергеевна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, магистрант по направлению подготовки «Экология и природопользование», e-mail: kolkova-kseniya@mail.ru

Kolkova Kseniya Sergeyevna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate for Master’s Degree of Preparation of Direction “Ecology and Nature Use”, e-mail: kolkova-kseniya@mail.ru

Чернова Мария Александровна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, студентка института естествознания, e-mail: chernovamarusya@mail.ru

Chernova Mariya Aleksandrovna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Student of Natural Science Institute, e-mail: chernovamarusya@mail.ru

Суровикина Ирина Владимировна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, студентка института естествознания, e-mail: irina_surovikina@mail.ru

Surovkina Irina Vladimirovna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Student of Natural Science Institute, e-mail: irina_surovikina@mail.ru