CC BY
124
————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ —==———
УДК 556.047:581.524
ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА НИЖНЕЙ ВОЛГИ ПРИ ЗАРЕГУЛИРОВАНИИ
СТОКА1
© 2014 г. Н.А. Шумова
Институт водных проблем РАН Россия, 119333 г. Москва, ул. Губкина, д. 3. Е-mail: [email protected]
Поступила 19.10.2013
Приводится общая схема функционирования Волжско-Камского каскада водохранилищ. Оценивается влияние зарегулирования стока Нижней Волги на межгодовую изменчивость и внутригодовое распределение стока. Рассматривается изменение основных параметров гидрологического режима половодья - продолжительность и даты наступления основных фаз, скорость изменения уровня воды на подъеме и спаде половодья, расходы воды, температура воды. Показаны изменения высотных отметок заливания поймы и продолжительность затопления высотных отметок во время весеннего половодья.
Ключевые слова: Нижняя Волга, сток, межгодовая изменчивость, внутригодовое распределение, весеннее половодье, заливание высотных уровней.
Введение
Нижняя Волга, включающая Волго-Ахтубинскую пойму, дельту Волги и Западный ильменно-бугровой район, представляет собой уникальный природный объект, особенности существования которого определяются сезонными и многолетними изменениями гидрологического режима Волги. В условиях аридного климата гидрологический режим является определяющим фактором развития и функционирования природных комплексов. После введения в эксплуатацию Волжско-Камского каскада водохранилищ произошло изменение гидрологического режима Нижней Волги, в наибольшей степени затронувшее фазу половодья. От режима стока воды в половодье и уровня Каспийского моря зависят площадь затапливаемой территории поймы и дельты и продолжительность их затопления; а величина годового стока определяет общее состояние экосистемы Каспия. Значительное сокращение продолжительности периода затопления и стояния высоких вод на пойменных территориях Нижней Волги повлекло за собой изменения в условиях существования и развития уникальных экосистем. Сокращение времени стояния воды в половодье негативно повлияло на рыбное стадо. Заливание пойменных территорий полыми водами является одним из основных гидрологических условий устойчивого существования растительных сообществ (луговых, кустарниковых, древесных). Территории, ранее затапливаемые, но в настоящее время полностью обсохшие, быстро меняют свой облик, прежде всего растительный покров.
В настоящей работе рассматривается влияние зарегулирования стока Нижней Волги на его межгодовую изменчивость и внутригодовое распределение, а также на такие экологически значимые параметры гидрологического режима половодья как продолжительность половодья и даты наступления его фаз, скорость изменения уровня воды на подъеме и спаде половодья, расходы воды, температура воды.
Общие положения
Волга является рекой равнинного типа, общая протяженность которой равна 3694 км, а площадь водосборного бассейна составляет 1360 тыс.км2 (Водные..., 2012). По водосбору протекает 150717 рек общей протяженностью 574414 км. Густота речной сети бассейна Волги равна 0.42. Волга
1 Работа выполнена в рамках Госконтракта №10-ГК/ФЦП-2013 по реализации федеральной целевой программы
«Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах».
относится к рекам с преобладанием снегового питания (60%), значительная доля приходится на подземное (30%) и дождевое (10%) питание (рис. 1). В водном балансе бассейна Волги осадки (приходная часть) составляют 673 мм, из которых 486 мм расходуется на испарение и 187 мм - на сток (Водные..., 2012).
Рис. 1. Распределение видов питания Волги. Fig. 1. Distribution of the Volga alimenation type.
В бассейне Волги построено более 100 водохранилищ, в том числе 9 крупных водохранилищ на Волге и 3 водохранилища - на ее главном притоке Каме (Реки..., 2012). Вместе эти 12 крупных водохранилищ образуют Волжско-Камский каскад (рис. 2). В результате создания Волжско-Камского каскада Волга на протяжении от Твери до Волгоградского гидроузла, за исключением небольшого участка ниже плотины Горьковской ГЭС, находится в режиме подпора. Сток через плотину Волгоградского гидроузла поступает в Нижнюю Волгу и распространяется дальше вплоть до акватории Каспийского моря в режиме без подпора.
Основные морфометрические показатели водохранилищ Волжско-Камского каскада приведены в таблице, составленной по материалам (Водные., 2012). Роль отдельных водохранилищ каскада не равнозначна, и каждое из них по отдельности не может решать проблему использования водных ресурсов в целом по каскаду и Нижней Волге. Шесть водохранилищ на Верхней Волге (Верхневолжское, Иваньковское, Угличское, Рыбинское, Горьковское и Чебоксарское) и три водохранилища Камского каскада (Камское, Воткинское и Нижнекамское) контролируют до 95% водных ресурсов бассейна Волги, поступающих в Куйбышевское, Саратовское и Волгоградское водохранилища. Куйбышевское водохранилище, самое крупное водохранилище Волжско-Камского каскада, является основным водным объектом в каскаде; на основе Куйбышевского водохранилища осуществляется сезонное регулирование стока.
При разработке планов гидротехнического строительства в 1930-е годы декларировался принцип комплексного использования водных ресурсов Волги (Воропаев, Исмайылов, Федоров, 2003). В соответствии с планами режим управления Волжско-Камским каскадом предусматривал заполнение водохранилищ в период весеннего снеготаяния и попуски воды в летний, осенний и зимний периоды. Весной режим сброса воды должен удовлетворять требования рыбного и сельского хозяйства Нижней Волги, режим в летне-осенний период - обеспечивать навигацию, зимой - производство электроэнергии. Подчеркивалась необходимость ежегодного пересмотра определения наполнения водохранилищ весной, приемлемых значений зимнего уровня воды и регулирование сброса в разные сезоны.
Режимы наполнения и сработки водохранилищ Волжско-Камского каскада регулируются едиными оперативными указаниями Министерства природных ресурсов и экологии в лице Федерального агенства водных ресурсов. Указания о режимах работы гидроузлов принимаются на основании рекомендаций Межведомственной оперативной группы по регулированию режимов работы водохранилищ Волжско-Камского бассейна, которые учитывают складывающуюся гидрологическую и водохозяйственную обстановку.
Приведенная краткая общая информация в целом по Волжско-Камскому каскаду важна для понимания особенностей механизма формирования гидрологического режима Нижней Волги.
■ъ т
Рис. 2. Волжско-Камский каскад водохранилищ (Авакян, Шарапов, 1977). Fig. 2. The Volga Kama reservoirs cascade (Avakyan, Sharapov, 1977).
Гидрография Нижней Волги
Волга в нижнем течении (Нижняя Волга) не имеет притоков. Практически сразу ниже Волгоградского гидроузла берет начало река Ахтуба - левый рукав Волги. Между Волгой и Ахтубой простирается Волго-Ахтубинская пойма шириной 20-40 км и площадью 14 тыс. км2 (Левит-Гуревич, 2013). На всем протяжении Волго-Ахтубинская пойма прорезана множеством рукавов, протоков, воложек, ериков, с большим количеством мелководных озер и островов. В 47 км ниже Волгоградского гидроузла расположено начало Волго-Донского судоходного канала. В районе села Каменный Яр Ахтуба почти вплотную сближается с Волгой. В районе с. Верхнее Лебяжье проходит граница между Волго-Ахтубинской поймой и дельтой Волги (Шикломанов, Кожевников, 1974; Болгов, Левит-Гуревич, 2013). Дельта Волги занимает площадь 19 тыс. км2, расстояние между западным и восточным рукавами составляет 170 км. Дельта делится на три зоны: верхнюю и среднюю, включающую 482 водотока, и нижнюю зону с многочисленными (около 800) разветвлениями русел. В 22 км ниже истока реки Бузан расположен Волжский вододелитель, предназначенный для подачи воды в систему Бузана для лучшего обводнения восточной части
дельты (Реки., 2012). Ниже Астрахани отходят левые рукава Кривая Болда и Кизань и правый рукав Бахтемир.
Таблица. Основные морфометрические параметры водохранилищ Волжско-Камского каскада. Table. Main morphometric parameters of the Volga Kama reservoirs cascade.
Водохранилище Год заполнения Объем, км3 Площадь зеркала, км2 Средняя глубина, м Длина, км
полный полезный
Верхневолжское 1843,1944 0.52 0.47 183 2.8 85
Иваньковское 1937 1.12 0.81 327 3.4 120
Угличское 1939-1943 1.25 0.81 249 5 146
Рыбинское 1940-1949 25.42 16.67 4550 5.6 110
Горьковское 1955-1957 8.82 3.9 1591 5.5 430
Чебоксарское* 1981 4.6 / 12.6 0/5.4 1080 / 2170 4.3/5.8 340
Куйбышевское 1955-1957 57.3 33.9 6150 9.3 510
Саратовское 1967-1968 12.87 1.75 1831 7 312
Волгоградское 1958-1960 31.45 8.25 3117 10 540
Камское 1954-1956 12.2 9.8 1915 6.4 300
Воткинское 1961-1964 9.4 3.7 10.75 8.8 360
Нижнекамское * 1978 2.8 / 13.8 0/4.6 1000 / 2570 2.8/5.3 270
Всего - 167.75 80.06 22003.75 - -
Примечание: * В числителе при современном подпорном уровне, в знаменателе при проектном нормальном подпорном уровне (НПУ). Notes: * In the numerator - modern retaining level, in the denominator - normal headwater level.
В последние десятилетия отмечается рост хозяйственного освоения территории Нижней Волги и связанная с этим неконтролируемая деятельность по изменению системы водоемов и водотоков. Сооружение дорог, плотин и дамб в районах Нижней Волги, проводящееся без должного инженерно-гидрологического обоснования, препятствует поступлению паводковых вод, нарушая этим естественный гидрологический режим малых водных объектов (ерики, протоки, озера).
Первые инструментальные наблюдения за уровнем воды и измерения расходов воды на Нижней Волге были начаты в 1880-х годах: с 1877 года ведутся наблюдения на гидрологическом посту Волгограда и с 1876 года - на гидрологическом посту Астрахань. В настоящее время на Нижней Волге действует гидрологическая наблюдательная сеть Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, включающая 26 гидрологических постов, большинство из которых были открыты в середине XX в. (Анализ., 2010). С 1961 года ведутся постоянные наблюдения за объемом сброса и уровнем воды в нижнем бьефе Волжской ГЭС.
Межгодовая изменчивость стока Волги в створе у Волгограда
В основу оценки межгодовой изменчивости стока положены материалы гидрологических наблюдений в створе у Волгограда за время инструментальных измерений, а именно за 1881-2009 годы. Значения стока в створе у Волгограда за 1881-1936 годы были получены с использованием зависимостей между измеренными расходами и уровнями воды в 1880-1930-х годах на участке от Самары до Волгограда (Поляков, 1938).
Хронологический ход годовых объемов стока за 1881-2009 годы представлен на рисунке 3, на котором прослеживается последовательное чередование периодов различной водности. По оценкам (Болгов, Сенцова, 2010) период от начала наблюдений до 1889 года характеризуется повышенной водностью; в 1890-1929 годах водность реки находилась на уровне средней. Затяжным маловодьем отмечен период с 1930 по 1977 год, который сменился фазой повышенной водности. Внутри выделенных периодов режим водности Волги также характеризуется чередованием лет с пониженным, средним и повышенным объемами стока.
Годы
Рис. 3. Межгодовая изменчивость стока Волги в створе у Волгограда. Fig. 3. The Volga runoff inter annual variability in the Volgograd line gauge.
Последствия длительного маловодья на Волге в 30-е годы послужили отправным толчком для последующих планов преобразования природы европейской части СССР и гидротехнического преобразования Волги (Коронкевич, Барабанова, Зайцева, 2010). Результатом таких преобразований явилось сооружение Волго-Камского каскада водохранилищ. Маловодье в 1970-х годах и связанное с ним снижение до критических отметок уровня Каспия стало основанием для развертывания проектных работ по межбассейновым переброскам стока.
Средний многолетний объем годового стока Волги в створе у Волгограда за период инструментальных наблюдений (1881-2009) составляет 252 км3 при стандартном отклонении с=44 км3. В створе у Волгограда водность Волги достигает своего максимального значения; ниже Волгограда происходит снижение водности в основном за счет потерь воды на испарение с затопленных в половодье огромных пространств Волго-Ахтубинской поймы и дельты. Различия в объеме стока в створе у Волгограда и стока, поступающего в Каспийское море, оцениваются в 14.2 км3 (Шикломанов, Кожевников, 1974), из которых на потери стока в пойме приходится 3.4 км3 (24%), в дельте потери составляют 10.8 км3 (76%). В дельте наибольшие потери стока приходятся на центральную дельту и составляют 7.6 км3 (53% от общего объема потерь стока ниже Волгограда), западные и восточные ильмени 1.5 км3 (11%) и 1.7 км3 (12%) соответственно.
По интенсивности воздействия строительства и заполнения водохранилищ Волжско-Камского каскада на сток Нижней Волги выделяют два качественно различных периода - это период условно естественного стока 1881-1960 годов и зарегулированного стока (являющегося сбросом в нижний бьеф гидроузла) 1961-2009 годов. Средние годовые объемы стока за период условно естественного (1881-1960) и зарегулированного (1961-2009) стока близки и составляют 251 и 254 км3 соответственно (рис. 4). Объяснением отмеченного выше даже некоторого увеличения средних годовых объемов стока Нижней Волги в зарегулированных условиях является то, что в период наибольшего регулирования стока (особенно в последние десятилетия) сложились климатические условия, более благоприятные для формирования стока, чем в условно естественный период (Коронкевич, Барабанова, Зайцева, 2007).
Рис. 4. Средние объемы годового стока Волги в створе у Волгограда в условно естественных (1881-1960) и зарегулированных (1961-2009) условиях. Fig. 4. Average volumes of the Volga annual runoff in the Volgograd line gauge under arbitrarily natural (1881-1960) and control (1961-2009) conditions.
Естественно, что для периода зарегулированного стока характерна меньшая межгодовая изменчивость стока, стандартное отклонение равно с=41 км3; для периода условно естественного стока - с=45 км3. Разница между максимальными и минимальными объемами годового стока Волги в створе у Волгограда в период 1881-1960 г составила 222 км3, после зарегулирования она снизилась до 171 км3.
В период условно естественного стока различают ненарушенный, слабонарушенный и сильно нарушенный сток (Анализ., 2010).
Период с начала инструментальных наблюдений по 1936 год принято считать периодом ненарушенного стока Волги; средний объем годового стока в этот период равен 255 км3 при стандартном отклонении с=45 км3.
Период с 1937 по 1956 год - период начала строительство гидроузлов и заполнения каскада водохранилищ - является периодом слабо нарушенного стока, средний объем годового стока за этот период составляет 240 км3 (с=46 км3). На рисунке 3 показана продолжительность заполнения водохранилищ Волго-Камского каскада. За период с 1937 по 1956 год были заполнены Иваньковское, Угличское, Верхневолжское, Рыбинское и Камское водохранилища; на заполнение мертвого объема которых потребовалось около 12 км3 воды при полном объеме 40.51 км3 (табл.). В 1955 году началось заполнение Горьковского и Куйбышевского (крупнейшего в Волжско-Камском каскаде) водохранилищ, мертвый объем которых оценивается в 4.92 и 23.4 км3 соответственно, а общий полный объем - 66.12 км3.
С 1957 по 1960 гг. происходило активное заполнение Волгоградского водохранилища (мертвый объем 23.2 км3, полный - 31.45 км3), завершалось заполнение Горьковского и Куйбышевского водохранилищ. Этот период считается периодом сильно нарушенного стока - по оценкам (Линдберг, 1970) изъятия стока Волги в этот период достигали 50-60 км3/год. При этом средний объем годового стока в створе у Волгограда за период с 1957 по 1960 год довольно высокий и оценивается в 254 км3 (при стандартном отклонении с=43 км3), то есть практически на уровне периода ненарушенного стока.
После введения в эксплуатацию Волгоградского водохранилища сток, поступающий в Нижнюю Волгу в створе у Волгограда, представляет собой сброс в нижний бьеф гидроузла. В гидрологическом режиме Нижней Волги период с 1961г. по настоящее время является периодом зарегулированного стока, регулирование которого осуществляется в соответствии с Основными правилами использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища на р.Волге (Основные., 1983). Позже были введены в эксплуатацию Воткинское (1964), Саратовское (1968), Нижнекамское (1978) и Чебоксарское (1981) водохранилища.
Еще более близки объемы стока Волги в створе у Волгограда по периодам ненарушенного стока (1881-1936) и зарегулированного (1961-2009), которые составили 255 и 254 км3 соответственно (рис.
5). В результате зарегулирования объем максимального годового стока в период с 1961 по 2009 годы снизился на 14% по сравнению с периодом 1881-1936 годы, объемы минимального стока увеличились на 4%. Аналогичные изменения отмечаются при сравнении условно естественного (1881-1960) и зарегулированного (1961-2009) стока.
Рис. 5. Средние объемы годового стока Волги в створе у Волгограда в условиях ненарушенного стока (18811936) и зарегулированных условиях (1961-2009). Fig. 5. Average volumes of the Volga annual runoff in the Volgograd line gauge under undisturbed runoff conditions (1881-1936) and control conditions (1961-2009).
Внутригодовое распределение стока Волги в створе у Волгограда
Несмотря на то, что средние годовые объемы стока при условно естественном и зарегулированном режиме, поступающие в Нижнюю Волгу в створе у Волгограда, довольно близки (рис. 4), внутригодовое распределение стока после введения в строй Волжско-Камского каскада водохранилищ претерпело значительные изменения. На рисунке 6, построенном по данным, приведенным в (Об экологических..., 2004), показано внутригодовое распределение стока до и после введения в строй Волгоградского гидроузла. В декабре, январе, феврале и марте в створе у Волгограда после зарегулирования (1961-2009) объем стока увеличился практически вдвое; в августе, сентябре, октябре и ноябре отмечено увеличение объема стока на 7-15%, в апреле - на 27%.
Рис. 6. Внутригодовое распределение объемов стока Волги в створе у Волгограда в периоды условно естественного (1881-1960) и зарегулированного (1961-2009) стока. Fig. 6. Intra annual distribution of the Volga runoff volumes in the Volgograd line gauge during the periods of arbitrarily natural (1881-1960) and control (19612009) runoff.
Больше чем в два раза снизился сток в июне (на 58%); в мае и июле объем стока уменьшился на 20 и 27% соответственно.
В период условно естественного стока (1881-1960) основная часть годового стока Волги (около 67%) приходилась на сезон весеннего половодья, наблюдающегося в апреле-июле. На летне-осенний сезон (август-ноябрь) приходилось 21% общего стока реки, на зимний (декабрь-март) - 12% (рис. 7). Зарегулирование оказало заметное влияние на гидрологический режим Нижней Волги и привело к существенному межсезонному перераспределению стока. В зарегулированных условиях объем стока за апрель-июль (половодье) уменьшился на 28% по сравнению с периодом до зарегулирования (18811960), а объем стока за декабрь-март (зимняя межень) вырос более чем в два раза (на 120%). В летне-осенний период зарегулирование стока внесло не столь значительные изменения, объем стока за август-ноябрь в зарегулированных условиях увеличился на 15% по сравнению с условно естественным периодом.
Рис. 7. Сезонное распределение объемов стока Волги в створе у Волгограда в периоды условно естественного (1881-1960) и зарегулированного (1961-2009) стока. Fig. 7. Seasonal distribution of the Volga runoff volumes in the Volgograd line gauge during the periods of arbitrarily natural (1881-1960) and control (1961-2009) runoff.
Зарегулирование Волги повлияло и на сезонные объемы максимального и минимального стока (рис. 8). В сезон весеннего половодья, с апреля по июль, в результате зарегулирования при уменьшении сезонного объема стока на 28%, объемы максимального и минимального стока снизились на 26 и 32% соответственно. С августа по ноябрь сезонный сток при зарегулировании увеличился на 15%, максимальный сток увеличился незначительно (на 7%), минимальный сток увеличился в два раза. В зимнюю межень (декабрь-март) объем сезонного стока при зарегулировании увеличился на 120%, максимальный сток претерпел незначительные изменения (увеличился на 22%), минимальный сток увеличился больше чем в два раза (на 227%).
Гидрологические условия Нижней Волги в период половодья
Гидрологический режим Нижней Волги в период половодья играет определяющую роль в сохранении экосистем Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги. Основные параметры гидрологического режима половодья (продолжительность половодья и даты наступления его фаз, скорость изменения уровня воды на подъеме и спаде половодья, расходы воды, температура воды)
рассмотрены по материалам наблюдений на гидрологических постах у Волгограда (вершина Волго-Ахтубинской поймы) и у села Верхнее Лебяжье (вершина дельты Волги), приведенным в (Анализ., 2010) за временной интервал с 1936 по 2009 годы с разделением на периоды условно естественного режима стока Волги (1936-1960) и после зарегулирования (1961-2009).
Рис. 8. Объемы сезонного стока Волги в створе у Волгограда в условно естественных (1881-1960) и зарегулированных (1961-2009) условиях. Fig. 8. Volumes of the Volga seasonal runoff in the Volgograd line gauge under arbitrarily natural (1881-1960) and control (1961-2009) conditions.
Продолжительность периода половодья в вершине Волго-Ахтубинской поймы (Волгоград) сократилась с 95 дней в период условно естественного режима до 64 дней в зарегулированных условиях (рис. 9). Основное сокращение произошло на фазе подъема половодья, продолжительность которой уменьшилась на 19 дней (практически в 2 раза). Продолжительность фазы спада половодья уменьшилась в среднем на 12 дней.
18. IV
пик половодья
11.V
Волгоград
19. IV
22.VI
1961-2009
29. V
ПИК
половодья
1936-1960
23.VII
22.IV
Верхнее Лебяжье
16. IV
ПИК половодья
22. V
8. VI
4. VII
1961-2009
1936-1960
1.VIII
.........1.........1......... .........1.........1.......... .........1.........1......... .........1.........1.......... 1111
апрель май июнь июль
Рис. 9. Даты наступления основных фаз и продолжительность половодья в створах у Волгограда и у села Верхнее Лебяжье в периоды 1936-1960 и 1961-2009 годы. Fig. 9. Dates of the main phases coming and duration high water in the Volgograd and the Verhnee Lebyazhe village line gauges during the periods 1936-1960 and 19612009.
В вершине Волго-Ахтубинской поймы дата начала половодья в зарегулированных условиях (18.IV) практически не изменилась по сравнению с условно естественным периодом (19.IV). Пик половодья в зарегулированных условиях смещается на более ранние даты (с 29.V на 11.V); заканчивается половодье практически на месяц раньше чем в условно естественный период - это 22.VI и 23.VII соответственно.
В вершине дельты Волги (Верхнее Лебяжье) продолжительность периода половодья сократилась с 108 дней в период условно естественного режима до 74 дней в зарегулированных условиях (рис. 9). Основное сокращение также произошло на фазе подъема половодья - ее продолжительность уменьшилась на 22 дня. Продолжительность фазы спада половодья уменьшилась на 12 дней. Дата начала половодья в вершине дельты Волги (Верхнее Лебяжье) сместилась при зарегулировании стока с 16.IV на 22.IV, пик половодья стал отмечаться в более ранние сроки (22.V) чем при условно естественном режиме стока (8. VI), заканчивается половодье стало 4.VII, что практически на месяц раньше, чем при условно естественном режиме (1.VIII).
Такие значительные изменения продолжительности половодья и дат наступления его основных фаз влекут за собой изменения других параметров, в том числе расходов, скорости роста уровня воды и ее температуры на фазе подъема половодья, которые во многом определяют состояние экосистем Нижней Волги.
В условиях зарегулирования стока расходы воды в створе у Волгограда в начале и конце половодья мало отличаются от их значений в условно естественный период, различия находятся в пределах 1-2% (рис. 10); в пик половодья расходы в зарегулированных условиях снижаются на 8%. В створе у села Верхнее Лебяжье в зарегулированных условиях в начале и конце половодья расходы воды увеличиваются (по сравнению с условно естественным режимом стока) на 35 и 5% соответственно; в пик половодья отмечается снижение расходов воды на 15%.
Значительным изменениям при зарегулировании стока подверглась скорость изменения уровня воды на фазе подъема половодья. За счет раннего наступления пика половодья и искусственного
сокращения продолжительности фазы подъема в этот период (в фазу подъема) в зарегулированных условиях скорость изменения уровня воды у Волгограда увеличилось более чем в 2 раза - с 15 см/сутки при условно естественном режиме стока до 33 см/сутки при зарегулированном режиме стока (рис. 11). У села Верхнее Лебяжье скорость изменения уровня увеличилось с 8 см/сутки при условно естественном режиме стока до 12 см/сутки в зарегулированных условиях. На спаде половодья также отмечается заметное увеличение скорости изменения уровня воды по сравнению с периодом условно естественного стока: в створе у Волгограда с 12 см/сут. до 19 см/сут., в створе у селя Верхнее Лебяжье - с 7 см/сут. до 9 см/сут.
Рис. 10. Расходы воды в основные фазы половодья в створе у Волгограда и у села Верхнее Лебяжье в периоды 1936-1960 и 1961-2009 годы. Fig. 10. Water discharge in the main high water phases in the Volgograd and the Verhnee Lebyazhe village line gauges during the periods 1936-1960 and 1961-2009.
Неестественно быстрое повышение уровня воды за короткий срок не может обеспечить ее нормальный температурный режим. В начале половодья температура воды в русле Волги в вершине Волго-Ахтубинской поймы (Волгоград) увеличилась с 2.7ОС при условно естественном режиме стока до 3.4ОС в зарегулированных условиях (рис. 12). Повышение температуры воды в начале половодья после зарегулирования обусловлено тем, что в зарегулированных условиях в межень вода поступает в нижний бьеф Волжской ГЭС только через водозаборы турбин, которые расположены в нижней части плотины (Анализ., 2010). Зимой и в начале весны, сразу после очищения ото льда, температура воды в придонном слое водохранилища выше, чем на поверхности. На дату начала половодья среднее значение температуры воды у села Верхнее Лебяжье, расположенного
значительно южнее Волгограда, увеличилось с 4.6ОС при условно естественном режиме стока до 7.5ОС в зарегулированных условиях (рис. 12).
Рис. 11. Скорость изменения уровня воды в основные фазы половодья в створе у Волгограда и у села Верхнее Лебяжье в периоды 1936-1960 и 1961-2009 годы. Fig. 11. Speed of a water level change in the main high water phases in the Volgograd and the Verhnee Lebyazhe village line gauges during the periods 1936-1960 and 1961-2009.
При условно естественном режиме стока среднее многолетнее значение температуры воды на пике половодья в створе у Волгограда составляло 14.8ОС, в зарегулированных условиях температура воды на пике половодья поднимается в среднем только до 8.6ОС. Аналогичные изменения произошли и в вершине дельты Волги (Верхнее Лебяжье); среднее значение температуры воды на пике половодья снизилось с 18.4ОС до 14.1ОС. Вследствие короткой фазы подъема половодья и высокой интенсивности роста уровня вода в этот период не успевает прогреваться.
К концу половодья у Волгограда при условно естественном режиме стока средняя температура воды достигала 22.5ОС, в зарегулированных условиях к концу половодья вода успевает прогреться лишь до 18.4ОС, что на 4.1ОС ниже, чем при условно естественном режиме стока. В створе у села Верхнее Лебяжье к концу половодья при условно естественном режиме стока средняя температура воды составляла 23.7ОС, в зарегулированных условиях - 22.2ОС.
Важное значение для сохранения наземных экосистем Нижней Волги имеют высота и длительность заливания территории поймы в половодье (Балюк, 2005; Голуб и др., 2013). В работе (Балюк, 2005) приводятся оценки изменений в режиме заливания верхней части Волго-Ахтубинской поймы (на границе Волгоградской и Астраханской областей) для периодов условно естественного стока Волги (1916-1958, сток до создания Волгоградского гидроузла), пониженного стока (1961-
1977, катастрофическое снижение уровня Каспийского моря) и период повышения стока (1978-1990, подъем уровня Каспийского моря).
Рис. 12. Температура воды в основные фазы половодья в створе у Волгограда и у села Верхнее Лебяжье в периоды 1936-1960 и 1961-2009 годы. Fig. 12. Water temperature in the main high water phases in the Volgograd and the Verhnee Lebyazhe village line gauges during the periods 1936-1960 and 1961-2009.
В условно естественный период (1916-1958) средний объем годового стока в створе у Волгограда составил 252 км3 (с=50 км3). В период пониженного стока (1959-1977) средний объем годового стока составил 227 км3 (с=36 км3), что на 10% меньше среднего многолетнего объема годового стока за период 1916-1958 годы; период повышения стока (1978-1990) характеризуется средним объемом годового стока 272 км3 (с=36 км3), что на 8% больше среднего объема годового стока за период 1916-1958 годы.
Обеспеченности заливания различных по высотным отметкам участков поймы в половодье в периоды 1959-1977 и 1978-1990 годы близки, но существенно отличаются от обеспеченности заливания при условно естественном режиме стока 1916-1958 годов (Балюк, 2005), поэтому сравнительный анализ обеспеченности заливания поймы будет выполняться для периодов 1916-1958 и 1959-1977 годы. Средний высотный уровень затопления поймы в половодье снизился на 0.5 м (с -7.7 до -8.2 м БС). Близки к условно естественному заливанию высотные уровни -8.3 м БС. Практически каждый год стали заливаться высотные уровни ниже -8.5 м БС; в период условно естественного стока ежегодно заливались высотные уровни ниже -10.0 м БС. Произошло резкое снижение частоты заливания высотных уровней -8.0 м БС - обеспеченность заливания изменилась с
60 до 20%. Менее 10% составила обеспеченность заливания высотных уровней выше -7.5 м БС в период 1959-1990 годы.
Произошли изменения в длительности общих сроков заливания высотных отметок в половодье (Балюк, 2005). Наименьшие изменения длительности заливания затронули высотные отметки -7.8 м БС. Значительные различия во времени заливания отмечаются для высотного уровня -12.5 м БС: с 70 дней в период 1916-1958 годы до 42 дней - в период 1959-1990 годы. В период 1978-1990 годы длительность заливания по сравнению с периодом 1959-1977 годы увеличилась на 10 дней; высотные отметки -7.0 м БС, не заливаемые в 1959-1977 годах, стали заливаться на срок до 20 дней в период 1978-1990 годы. Заливание высотных уровней -6.5 м БС наблюдалось в период 1916-1958 и составляло около 15 дней; в период 1959-1990 годы заливания высотных уровней -6.5 м БС не наблюдалось.
Выводы
Средние годовые объемы стока Нижней Волги в створе у Волгограда за период условно естественного (1881-1960) и зарегулированного (1961-2009) стока близки и составляют 251 и 254 км3 соответственно.
В зарегулированных условиях объем стока весеннего половодья (апрель-июль) уменьшился на 30%, объем стока за декабрь-март (зимняя межень) вырос более чем в два раза, объем стока за август-ноябрь вырос на 14%.
При практически неизменной дате начала половодья его продолжительность в створе у Волгограда в среднем сократилась с 95 дней в период условно естественного режима стока до 64 дней в зарегулированных условиях.
Пик половодья стал наступать раньше на 20 суток, что приводит к более раннему заливанию пойменных массивов.
Продолжительность фазы подъема уменьшилась в два раза, что привело к резкому увеличению скорости роста уровня воды и, как результат, к изменению термического режима Нижней Волги. Температура воды на пике половодья в створе у Волгограда снизилась на 6.2 ОС.
Сокращение фазы подъема половодья и двукратное увеличение скорости подъема уровня воды привело к значительному сокращению продолжительности периода затопления и стояния высоких вод на пойменных территориях Нижней Волги. Средний высотный уровень затопления верхней части Волго-Ахтубинской поймы (на границе Волгоградской и Астраханской областей) в половодье снизился на 0.5 м. Уровни ежегодного заливания низменных участков поймы поднялись на 1.5 м (с -10.0 до -8.5 м БС); частота заливания высотных отметок выше -8.0 м БС заметно снизилась. При условно естественном режиме стока заливание высотных уровней -6.5 м БС наблюдалось около 15 дней и не отмечалось после зарегулирования. Заливание уровня -12.5 м БС сократилось на 28 дней (с 70 дней до зарегулирования до 42 - после).
При условно естественном режиме стока высота уровня и продолжительность заливания пойменных территорий менялись от года к году в широких пределах, в зарегулированных условиях указанные гидрологические характеристики искусственно приближены к среднему значению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Авакян А.Б., Шарапов В.А. 1977. Водохранилища гидроэлектростанций СССР. Москва.: «Энергия». 400 с. Анализ экологических последствий эксплуатации Волгоградского водохранилища для сохранения биоразнообразия основных водно-болотных территорий Нижней Волги. 2010. Отчет по Проекту ПРООН/ГЭФ 00047701 «Сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Нижней Волги». Москва. 675 с.
Балюк Т.В. 2005. Последствия изменения длительности и обеспеченности паводкового заливания Волго-Ахтубинской поймы после создания Волгоградского водохранилища для растительности // Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы / Отв. ред. Н.М.Новикова. М.: Наука. С. 176-193.
Болгов М.В., Левит-Гуревич Л.К. 2013. Задачи и функции системы поддержки водохозяйственных решений по
управлению водными ресурсами Нижней Волги // Водные ресурсы. № 5. Т. 40. С. 507-518. Болгов М.В., Сенцова Н.И. 2010. Экстремальные маловодные периоды в бассейне Волги // Экстремальные гидрологические ситуации / Отв. ред. Н.И.Коронкевич, Е.А.Барабанова, И.С.Зайцева. М.: ООО «Медиа-ПРЕСС». С. 369-391.
Водные ресурсы и водное хозяйство России в 2011 году (Статистический сборник). 2012. / Под.ред. Н.Г.
Рыбальского и А. Д. Думнова. М.: НИА-Природа. 2012. 268 с. Воропаев Г. В., Исмайылов Г. Х., Федоров В. М. 2003. Проблемы управления водными ресурсами Арало-
Каспийского региона. М.: Наука. 427 с. Голуб В.Б., Старичкова К.А., Бармин А.Н., Иолин М.М., Сорокин А.Н., Николайчук Л.Ф. 2013. Оценка динамики
растительности в дельте Волги // Аридные экосистемы. Т. 19. № 3 (56). С. 58-68. Коронкевич Н.И., Барабанова Е.А., Зайцева И.С. 2010. Вклад деятельности человека в формирование экстремальных гидрологических ситуаций // Экстремальные гидрологические ситуации / Отв. ред. Н.И.Коронкевич, Е.А.Барабанова, И.С.Зайцева. М.: ООО «Медиа-ПРЕСС». С. 163-178. Коронкевич Н.И., Барабанова Е.А., Зайцева И.С. 2007. Влияние изменения годовых значений температуры
воздуха и осадков на сток рек Русской равнины // Изв. РАН. Сер. Геогр. № 5. С. 64-70. Левит-Гуревич Л.К. 2013. Водохозяйственные проблемы Нижней Волги // Экономические и территориальные аспекты управления водохозяйственным комплексом России / под ред. В.И.Данилова-Данильяна, В.Г. Пряжинской. М.: РАСХН. С. 188-214. Линдберг Ф.Н. 1970. Характеристика режима уровня воды дельты р.Волги в условиях зарегулированного стока
// Сборник трудов Астраханской ГМО. Ростов-на-Дону. Вып. 1. С. 16-43. Об экологических требованиях стока в низовьях реки Волга. 2004. Отчет ЮНЕСКО «Комплексный анализ воздействия регулирования стока реки Волга на экосистемы поймы и дельты» / Под ред. Х. Леумменс. Астрахань/Волгоград. 34 с.
Основные правила использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища на р. Волге. 1983. Москва. 36 с.
Поляков Б.В. 1938. Гидрологические исследования Нижней Волги. М.-Л.: Госстройиздат. 160 с. Реки и озера мира. Энциклопедия. 2012. М.: ООО «Издательство «Энциклопедия». 928 с.
Шикломанов И.А., Кожевников В.П. 1974. Потери стока в Волго-Ахтубинской пойме и дельте р. Волги и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности. Труды ГГИ. Вып. 221. С. 3-46.
CHANGE IN ECOLOGICALLY SIGNIFICANT PARAMETERS OF HYDROLOGICAL REGIME OVER THE LOWER VOLGA UNDER RUNOFF CONTROL
© 2014. N.A. Shumova
Water Problems Institute of Russian Academy of Sciences Russia, 119333 Moscow, Gubkina str., 3. Е-mail: [email protected]
The general scheme of Volga Kama reservoirs cascade functioning is given. Influence the Lower Volga runoff control on inter annual variability and intra annual distribution of runoff is estimated. Change of basic parameters of hydrological regime of high water - duration and dates of the main phases coming, speed of a water level change on rising and abatement of high water, water discharge, water temperature is considered. Changes of altitude levels of a floodplain flooding and duration of altitude levels flooding during a spring high water are shown.
Keywords: the Lower Volga, runoff, inter annual variability, intra annual distribution, spring high water, flood of altitude levels.
