CC BY
17УДК 504.058 DOL 10.35567/1999-4508-2020-1-3
изменение водности реки волги в районе заповедного острова бахиловский
А.В. Селезнева, К.В. Беспалова, В.А. Селезнев
E-mail: aleks.selezneva@mail.ru
ФГБУН «Институт экологии Волжского бассейна Российской академии наук», г. Тольятти, Россия
АННОТАЦИЯ: Проведен анализ многолетних изменений расходов воды р. Волги за 1958-2017 гг. в створе Жигулевской плотины, расположенной в 12 км выше по течению от о. Бахиловский. По средним годовым расходам воды выделены три периода, отличающиеся друг от друга по водности: маловодный период (1958-1976 гг.), многоводный период (1977-1997 гг.) и период средней водности (1998-2017 гг.). Определены экстремально маловодные (1967, 1973, 1975, 1976, 1977, 1996) и экстремально многоводные (1966, 1979, 1981, 1990, 1991, 1994) годы. В многоводные годы, в период прохождения весеннего половодья, остров практически полностью затапливается, в маловодные годы, в период летней межени, площадь острова увеличивается, изменяется его конфигурация. Экологическое состояние заповедного о. Бахиловский зависит от водности и расходов р. Волги.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: водохранилище, остров Бахиловский, расход воды, маловодье, многоводье, р. Волга.
Естественный гидрологический режим Волги являлся основным фактором развития ее островных и прибрежных территорий. Создание каскада Волжско-Камских водохранилищ обусловило изменение гидрологического режима реки. Водохранилища, как природно-техни-ческие водные объекты, стали оказывать влияние на расположенные ниже по течению реки островные системы.
В последние десятилетия, благодаря методам космической съемки Земли, стало возможным определять влияние гидрологического режима на геоэкологическую ситуацию различных территорий [1, 2], включая островные системы и прибрежные зоны. Подобные крупномасштабные исследования необходимы, но недостаточны. Для островных систем, расположенных на крупных водохранилищах в непосредственной близости от плотины, чрезвычайно важным является исследование закономерностей изменения расходов воды и их влияния на состояние и динамику островных экосистем. Для заповедного о. Бахиловский, расположенного в верхней части Саратовского водохранилища, подобные исследования являются весьма актуальными.
© Селезнева А.В., Беспалова К.В., Селезнев В.А., 2020
water sector of russia
После заполнения Куйбышевского водохранилища в 1957 г. значительное влияние на состояние и динамику экосистемы острова стали оказывать расходы воды в створе построенной выше по течению реки на расстоянии 12 км Жигулевской плотины [3]. Межгодовые и сезонные изменения расходов воды периодически меняли направленность русловых процессов, создавая условия для переформирования острова [4]. Вслед за изменением расходов воды трансформировался режим уровня воды и скорости течения в водохранилище. В многоводные годы о. Бахиловский полностью или частично затапливался в период весеннего половодья, в меженный период маловодных лет конфигурация острова изменялась, его площадь увеличивалась за счет отмелей.
Жигулевская плотина функционирует более 60 лет. Однако закономерности межгодовых и сезонных изменений расходов воды в условиях регулирования водного стока изучены недостаточно. В данной статье предпринята попытка провести анализ данных многолетних наблюдений и выявить закономерности изменения расходов воды Саратовского водохранилища в створе Жигулевской плотины в период с 1958 по 2017 гг. Полученные результаты в перспективе позволят более достоверно выделить этапы развития заповедного о. Бахиловский [5].
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Остров Бахиловский (ранее острова Середыш и Шалыга) расположен в верхней части Саратовского водохранилища и является частью территории Жигулевского государственного природного биосферного заповедника.
Верхняя оконечность острова находится в 12 км ниже по течению от Жигулевской плотины напротив с. Бахилова Поляна (рис. 1). В период летне-осенней межени длина острова составляет « 5,0-5,7 км, ширина « 1,0-1,5 км, высота над уровнем воды « 2,0-5,0 м. Глубокий внутренний залив придает острову вид растянутой подковы [6].
Заповедный остров хорошо виден с высокого правого берега Волги, с Жигулевских гор. В середине острова находится оз. Кольчужное, которое соединяется с водохранилищем через протоку в период весеннего половодья. Связь между оз. Кольчужным и Саратовским водохранилищем зависит от водности конкретного года.
Остров Бахиловский является единственным заповедным островом на Средней Волге и используется птицами для отдыха и кормежки при перелете к Каспийскому и Черному морям. Население птиц на островах характеризуется высоким видовым разнообразием, наблюдается тенденция к упрочнению связи видов с территорией островов [5].
Около 60 % площади о. Бахиловский покрыто древесной и кустарниковой растительностью. В окрестностях оз. Кольчужного встречаются за-
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
Рис. 1. Расположение о. Бахиловский на Саратовском водохранилище. Fig. 1. The Bakhilovskiy island location in the Saratov water reservoir.
росли волжской валерианы, которая давно уничтожена на огромных пространствах волжской поймы. Доля сосновых лесов на острове постепенно увеличивается [7-12]. Это единственный участок Жигулевского заповедника, где одновременно существуют прудовая и озерная лягушки [13].
Для сбора многолетних данных о расходах воды Волги в створе Жигулевской плотины за весь период существования Куйбышевского водохранилища использованы следующие источники:
- справочные издания «Гидрологический ежегодник», подготовка которых до 1979 г. осуществлялась УГМС Гидрометслужбы СССР;
- ежегодные кадастровые справочные издания «Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши» УГМС Росгидромета, начиная с 1980 г.;
- информация, предоставленная филиалом ПАО «РусГидро» - «Жигулевская ГЭС», о средних месячных расходах воды на водомерном посту г. Тольятти.
Полученные материалы позволили сформировать базу данных средних месячных расходов воды р. Волги в створе Жигулевской плотины с 1958 по 2017 гг. Для каждого года определены средние годовые максимальные (^тах) и минимальные ^т1п) средние месячные расходы воды. Полученные
water sector of russia
значения Qmax, Qmin) использованы для изучения многолетних изменений расходов воды, а также для установления связи между Q и Qmax, Q и Q , Q и Q в условиях регулирования водного стока Волги.
^тт ^тах хтт ' г ' г ^
Ряды многолетних данных подвергнуты статистической обработке с использованием программы Б1аЙ8Йса. Оценка однородности (стационарности) гидрологических рядов выполнена на основе критериев Стъю-дента и Фишера, обобщенных с учетом особенностей гидрологической информации.
Эмпирическая ежегодная вероятность превышения или обеспеченность (б т, %) для средних годовых расходов воды определялась по формуле:
бт = т/(п + 1) х 100 где п - порядковый номер члена ряда расхода воды, расположенного в убывающем порядке; п - общее число членов ряда.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
История возникновения и развития о. Бахиловский изучена недостаточно. Известно, что ранее на его месте было два острова - Середыш и Шалы-га. Первым сформировался о. Середыш на самой середине реки почти два столетия назад, о. Шалыга образовался позднее в начале ХХ в. и остается, в основном, песчаным. Волга постепенно перемещала о. Шалыга навстречу о. Середыш. Сначала между ними возникла песчаная коса, а затем два острова соединились в один прочным перешейком [6, 14]. На процесс образования о. Шалыга и его объединение с о. Середыш существенное влияние оказали экстремальные маловодные годы (1921, 1937, 1938) на р. Волге.
После создания каскада Волжско-Камских водохранилищ естественный период формирования о. Бахиловский закончился и начался современный, более динамичный и менее предсказуемый антропогенный период развития. Сравнительный анализ расходов р. Волги в естественный и антропогенный периоды показал, что водный сток весной значительно уменьшился, а в остальные сезоны увеличился [15], поэтому существенно изменился характер русловых процессов на участках реки ниже по течению от плотины. При создании водохранилищ были изолированы источники поступления наносов с вышележащих участков реки, уменьшился расход воды в период весеннего половодья за счет сезонного перераспределения стока [16]. Водохранилище стало задерживать практически полностью наносы, формирующие русловой рельеф. Ниже плотины освобожденная от наносов вода стала расходовать излишки энергии на эрозию островов.
В 1955 г. состоялось перекрытие русла Волги в 12 км выше по течению от о. Бахиловский (створ Жигулевской плотины). После наполнения Куйбышевского водохранилища осенью 1957 г. до отметки нормального подпор-
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
ного уровня (53,0 м БС) полный объем водохранилища составил 57,3 км3, полезный объем - 33,9 км3 [17]. Это самое крупное водохранилище Волжско-Камского каскада. Через створ Жигулевской плотины в среднем за год проходит 244 км3 (97 % водных ресурсов Волги), что позволяет проводить сезонное перераспределение стока всей реки [18]. С этого момента сезонные гидрологические условия на Волге в районе о. Бахиловский коренным образом изменились: водный сток в период весеннего половодья значительно уменьшился, в зимнюю и летне-осеннюю межень увеличился.
Заповедный остров оказался в нижнем бьефе Жигулевской плотины. В результате увеличилась скорость водного потока и повысилась его транспортирующая способность, снизилась высота половодья, но увеличилась его длительность [19]. Уровень Волги в районе заповедника существенно понизился, река на всем протяжении побережья заповедника (от г. Жигу-левска до с. Бахилова Поляна) практически перестала замерзать [7]. Из-за периодической работы водосливной плотины в период весеннего половодья северные берега островов стали размываться, а на юго-западе образовались песчаные отмели. Площадь островов значительно увеличилась и составила 671 га.
Существенное влияние на развитие о. Бахиловский оказало строительство Саратовской плотины. Перекрытие русла Волги у г. Балаково состоялось 2 ноября 1967 г. В 1969 г. Саратовское водохранилище было наполнено до отметки нормального подпорного уровня (28,0 м БС). Полный объем водохранилища при НПУ составил 12 870 млн м3, полезный объем -1750 млн м3. Длина водохранилища 357 км, средняя ширина 5,1 км, средняя глубина 7 м, максимальная глубина 31 м. Средний коэффициент водного обмена 19,1 (каждые 18 дней). В отличие от Куйбышевского, Саратовское водохранилище в основном осуществляет суточное и недельное регулирование водного стока.
За счет подпора от Саратовской плотины уровень воды у г. Балаково поднялся на 18 м относительно естественного меженного уровня. Остров Бахиловский оказался на верхней границе Саратовского водохранилища в зоне регрессивной аккумуляции. Уровень воды в районе заповедника поднялся на 4 м. В результате подъема уровня воды на островах произошло почти полное затопление всех прибрежных песчаных отмелей и покрытого растительностью юго-восточного побережья о. Середыш. На о. Шалыга образовался большой затон, по площади превышающий оставшийся песчаный участок [9]. По сравнению с предыдущим периодом площадь островов уменьшилась на 129 га. Произошло смещение половодья, острова стали освобождаться от воды только во второй половине июня [8].
water sector of russia
До зарегулирования Волги средние годовые и средние месячные расходы воды были взаимосвязаны, а их величина зависела только от природно-климатических процессов в Волжском бассейне. После создания каскада Волжско-Камских водохранилищ сезонные изменения расходов воды коренным образом изменились (табл. 1). Наиболее существенно перераспределение водного стока внутри года прослеживается в маловодные годы.
В результате сравнения маловодных лет естественного и антропогенного периодов установлено, что водный сток Волги в период весеннего половодья сократился с 68 % до 34 %, но увеличился в зимнюю межень с 7 % до 21 % и в летне-осеннюю межень с 12 % до 23 %. В годы средней водности сезонное регулирование становится менее значительным: водный сток в период весеннего половодья сократился с 63 % до 43 %, но увеличился в зимнюю межень с 8 % до 18 % и в летне-осеннюю межень с 13 % до 19 %. В многоводные годы сезонное регулирование водного стока значительно уменьшается: в период весеннего половодья - с 58 % до 47 %, при этом увеличение стока для зимы отмечено с 9 % до 17 %, для летне-осенней межени -с 16 % до 18 % [20 ].
Регулирование водного стока Волги стало осуществляться с учетом требований основных водопользователей, прежде всего гидроэнергетиков, что противоречило естественным природным процессам формирования сезонного распределения водного стока реки. Именно поэтому природная связь между гидрологическими характеристиками Qmax, Qmin) была нарушена (табл. 1).
Анализ линейной связи между средними годовыми расходами воды и максимальными средними месячными расходами воды Ю111ах) за 60 лет наблюдений показал, что эта связь недостаточно надежна, но, все же, существует с коэффициентом корреляции 0,5 (рис. 2). Связь между средними и годовыми расходами воды и минимальными средними месячными расходами ^^ существенно ослабевает (рис. 3) - коэффициент корреляции составляет 0,3. Связь между максимальными средними месячными расходами воды ^ ) и минимальными средними месячными расходами ^ . ) полностью отсутствует с коэффициентом корреляции близким к нулю (рис. 4).
Полученные результаты доказывают, что Саратовское водохранилище является природно-техническим водным объектом, у которого нарушены естественные связи между гидрологическими параметрами Qmax, Qmin). Поэтому для водохранилища в створе Жигулевской плотины невозможно по средним годовым расходам воды достоверно прогнозировать экстремальные маловодные и экстремальные многоводные средние месячные значения расходов воды, которые меняют направленность русловых процессов Волги в районе о. Бахиловский и состояние его экосистем.
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
Таблица 1. Средние годовые (Q), максимальные (Qmax) и минимальные (Qmin) средние месячные расходы воды р. Волги в створе Жигулевской плотины
Table 1. Average annual (Q), maximal (Qmax), and minimal (Qmin) monthly water flows of the Volga Rive in the range of the Zhiguli dam
Год Расход воды, м3/с Год Расход воды, м3/с
Q Q ^max Q ■ Q Q max Q ^
1958 8528 24900 4180 1988 6813 17900 4270
1959 7113 19400 4180 1989 6757 17600 3470
1960 6526 20400 3980 1990 10431 22600 4110
1961 7350 18000 4390 1991 10056 27200 5360
1962 7660 16100 4920 1992 7833 19940 4333
1963 8112 26700 5090 1993 8947 20605 5596
1964 6568 16700 4440 1994 10376 23829 6178
1965 6973 19500 3860 1995 8488 23124 3432
1966 9274 29100 4500 1996 5369 12067 3598
1967 5785 14000 4250 1997 6766 25584 1260
1968 7040 23200 4480 1998 7815 23841 1453
1969 7060 18300 4550 1999 7902 22600 2577
1970 8453 22900 4590 2000 7354 20147 4068
1971 7188 21000 4510 2001 8466 25396 4757
1972 6824 19100 3390 2002 8086 21207 4578
1973 5290 16400 3050 2003 7673 21100 5560
1974 8295 23400 4660 2004 8203 16700 5580
1975 5270 11000 3700 2005 9033 26100 4990
1976 5944 12800 3390 2006 6469 14400 4500
1977 5984 14500 3370 2007 8892 18600 5110
1978 8753 18600 5240 2008 7654 18413 4521
1979 10076 33500 6520 2009 7448 16319 5129
1980 7981 16800 5170 2010 6187 17914 2127
1981 9193 24300 6060 2011 6159 15199 4545
1982 7166 16400 5340 2012 7466 21864 4230
1983 7655 14600 4760 2013 8500 20554 4999
1984 7283 14700 4860 2014 6940 15638 4764
1985 9071 25200 5570 2015 6236 13781 4650
1986 9024 20500 6160 2016 8320 24129 4731
1987 8443 19800 6080 2017 8946 18405 4719
water sector of russia
2000 400Q 6000 800Q
Средние годовые расходы воды, wftc
Рис. 2. Линейная связь между средними годовыми расходами воды (Q) и максимальными средними месячными расходами воды (Q ). Fig. 2. Linear connection between average annual water flows (Q) and maximal average monthly water flows (Q ).
700D 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
♦ ч
♦ * 4
♦ T йУ* • *
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Средние годовые расходы воды. гР/с Рис. 3. Линейная связь между средними годовыми расходами воды (Q) и минимальными средними месячными расходами воды (Qmin). Fig. 3. Linear connection between average annual water flows (Q) and minimal average monthly water flows (Qmin).
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
7000
О
^ 6000 a
tr
§ 5000
л и
У 4000 а
IL)
к 3000 U
Я 2000
К Я
юоо о
О 5000 10000 15000 2Ш00 25000 30000 35000 40000 Максимальные расходы воды, iP/c
Рис. 4. Линейная связь между максимальными средними месячными расходами воды (Qmax) и минимальными средними месячными расходами воды (Qmin). Fig. 4. Linear connection between maximal average monthly water flows (Qmax) and minimal average monthly water flows (Qmin).
Многолетние изменения расходов воды
В период 1958-2017 гг. средний годовой расход воды Волги в районе о. Бахиловский составил 7674 м3/с. Наименьший средний годовой расход воды наблюдался в 1975 г. - 5270 м3/с. Наибольший средний годовой расход воды отмечен в 1990 г. - 10 431 м3/с (рис. 5). Амплитуда многолетних колебаний средних годовых расходов воды составила 5270-10 431 м3/с. Максимальный средний годовой расход воды превышает минимальный в два раза. Еще более значительным многолетним колебаниям подвержены средние месячные расходы воды, амплитуда которых составила 212733 500 м3/с. Максимальный средний месячный расход воды превышает минимальный в 16 раз. Так, в период весеннего половодья многоводного 1979 г., когда средний месячный расход в мае составил 33 500 м3/с, а уровень воды -30,76 м БС, о. Бахиловский полностью оказался под водой. В период летней межени 2010 г. среднемесячный расход воды в августе катастрофически уменьшился до 2127 м3/с, уровень воды составил 27,75 м БС, что привело к увеличению площади и изменению конфигурации острова.
Используя линейную фильтрацию по трем точкам в хронологическом ряду средних годовых расходов воды р. Волги выделены три периода, отличающиеся по водности. Первый 19-летний период (1958-1976 гг.) характеризуется маловодьем и включает пять из шести самых маловодных лет:
Scientific/practical journal № 1, 2020 г.
water sector of russia
1967, 1973, 1975, 1976 и 1977. Второй 20-летний период (1977-1997 гг.) характеризуется многоводьем и включает пять из шести самых многоводных лет: 1979, 1981, 1990, 1991 и 1994. Третий 19-летний период (1998-2017 гг.) можно охарактеризовать как период средней водности. Выделенная многолетняя периодичность изменения средних годовых расходов воды р. Волги близка к хорошо известному климатическому циклу солнечной активности Хейла со средней продолжительностью 22 года.
Наряду с выделенными тремя периодами различной водности, определены маловодные и многоводные годы по результатам оценки их эмпирической обеспеченности. Для маловодных лет различают слабое, среднее и экстремальное маловодье. Слабое маловодье характеризуется небольшими отклонениями расхода воды от его средней многолетней величины и имеет обеспеченность в диапазоне 50-75 %, среднее маловодье - от 75 до 90 %. Годы обеспеченностью свыше 90 % характеризуются как экстремальные маловодные.
I2QD0
ЮООО
5ЛП0
fiHJUHh
-1НШ0
moo
ттчу
л
■чи\
J
■Ж □ri'ffflDOOflt^EOOfl^eai Г1 -Р- SO Ж О ' I -t щ М Q П -f 'Л V. 4 4 4 4 4 I I I I f » К « « « f С-. i. fr 5 Ф О С i - - - -С\ г- г- G-. -Г-, ^ О4 -J- -3-, С". "31 -З- я- G1-. Qi О О —j О О О Q О О
Год
Рис. 5. Многолетние изменения средних годовых расходов воды р. Волги в створе Жигулевской плотины. Fig. 5. Many-year changes of average annual water flows in the Zhiguli dam site.
По аналогии с маловодьем, различают слабое, среднее и экстремальное многоводье. Слабое многоводье характеризуется небольшими отклонениями расхода воды от его средней многолетней величины (обеспеченность от 50 до 25 %), среднее многоводье имеет обеспеченность по расходу воды от 25 до 10 %. Годы обеспеченностью меньше 10 % - экстремально многоводные.
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
Выполненные расчеты эмпирической обеспеченности расходов воды за период 1958-2017 гг. позволили выделить периоды, относящиеся к среднему и экстремальному маловодью и многоводью (табл. 2).
Таблица 2. Многоводные и маловодные годы на р. Волге Table 2. High-water and low-water years in the Volga River
Многоводный год (5 < 10 %) Маловодный год (5 > 90 %)
Экстремальный Средний Экстремальный Средний
1966, 1979, 1981, 1990, 1991, 1994 1978, 1981, 1985, 1986, 1993, 2005, 2007, 2013, 2017 1967, 1973, 1975, 1976, 1977, 1996 1960, 1964, 1988, 1989, 1997, 2006, 2010, 2011, 2015
За 60 лет к экстремальным многоводным годам (б < 10 %), выстроенным в убывающей последовательности, относятся: 1990 (10 431 м3/с); 1994 (10 376 м3/с); 1979 (10 076 м3/с); 1991 (10 056 м3/с), 1966 (9274 м3/с) и 1981 (9193 м3/с) годы. К экстремальным маловодным годам (6m > 90 %) - 1975 (5270 м3/с); 1973 (5290 м3/с); 1996 (5369 м3/с); 1967 (5785 м3/с); 1976 (5944 м3/с); 1977 (5984 м3/с). Значения эмпирической обеспеченности расходов воды для экстремальных многоводных и маловодных лет представлены в табл. 3. За последние 60 лет самым многоводным является 1990 г. с расходом воды 10 431 м3/с и обеспеченностью 1,7 %, самым маловодным -1975 г. с расходом воды 5270 м3/с и обеспеченностью 99,5 %.
Если рассматривать более ранний период с начала систематических гидрологических наблюдений на Волге (1898 г.) до создания Куйбышевского водохранилища, то к экстремальным маловодным годам следует отнести 1921, 1937 и 1938, к экстремальным многоводным - 1916, 1926 и 1947 [21]. Очевидно, что именно экстремальные многоводные и маловодные периоды оказали существенное влияние на развитие экосистемы о. Бахиловский [22].
Таблица 3. Характеристика экстремальных многоводных и экстремально маловодных лет
Table 3. Characteristics of extreme high-water and extreme low-water years
Многоводье (5 < 10 %)
Маловодье (5 > 90 %)
Год Q, м3/с 5, % Год Q, м3/с 5, %
1990 10 431 1,7 1975 5270 99,5
1994 10 376 3,3 1973 5290 98,3
1979 10 076 6.4 1996 5369 96,7
1991 10 056 6,7 1967 5785 95,0
1966 9274 8,3 1976 5944 93,3
1981 9193 9,9 1977 5984 91,7
Scientific/practical journal № 1, 2020 г.
water sector of russia
За период 1958-2017 гг. средний годовой расход воды р. Волги в створе Жигулевской плотины изменялся весьма существенно. Наименьший годовой расход воды составил 5270 м3/с, наибольший - 10 431 м3/с. Столь значительные колебания среднего годового расхода воды (в два раза) влияли на развитие о. Бахиловский и состояние его экосистем. Наибольшее влияние оказали расходы воды в экстремальные многоводные годы (б < 10%) - 1990, 1994, 1979, 1991, 1966, 1981 и экстремально маловодные годы (б > 90%) - 1975, 1973, 1996, 1967, 1976, 1977.
Сезонные изменения расходов воды
Внутри года средние месячные расходы воды р. Волги характеризуются значительной сезонной изменчивостью. На Саратовском водохранилище в створе Жигулевской плотины выделяются три гидрологических сезона: зимняя межень, весеннее половодье и летне-осенняя межень [23]. Границы и продолжительность гидрологических сезонов зависели от погодных условий конкретного года. Средние, наибольшие и наименьшие расходы воды по каждому месяцу за период 1958-2017 гг. представлены в табл. 4.
Таблица 4. Месячные расходы воды за период 1958-2017 гг., м3/с Table 4. Monthly water flows for the 1958-2017 period, m3/s
Месяц
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Средний месячный расход
5999 6051 5765 10 441 19 803 8760 6473 5914 5646 5502 5793 6145
Наибольший средний месячный расход
8562 9020 9738 21 800 33 500 16 800 14 118 9870 8576 11 900 11 500 8970
Наименьший средний месячный расход
3870 3400 3370 2577 11 000 1260 3550 2127 3590 3710 3050 3390
Зимняя межень на водохранилище длится с декабря по март. В этот период расходы воды составляют 5765-6145 м3/с. Весеннее половодье включает три месяца (апрель, май, июнь), расходы воды в этот период резко увеличиваются до 8760-19 803 м3/с. В летне-осеннюю межень, с июля по ноябрь, расходы воды уменьшаются до 5502-6473 м3/с. Амплитуда сезонных колебаний расходов воды р. Волги почти в два раза превышает амплитуду межгодовых колебаний. В среднем за период 1958-2017 гг. месячные значения расходов воды изменялись в пределах 5502-19 803 м3/с и отличались в 3,6 раза. Самые большие расходы воды отмечены в мае, самые маленькие - в октябре.
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
Максимальные в году средние месячные расходы воды ^тах) за 60 лет изменялись в пределах 8562-33 500 м3/с и отличались друг от друга в 3,9 раза, а минимальные средние месячные расходы воды ^т.п) - в пределах 2127-11 000 м3/с (в 5,2 раза). Сезонные колебания средних месячных расходов воды существенно превышают межгодовые колебания расходов воды. Как правило, максимальный в году средний месячный расход воды приходится на период весеннего половодья (май), в отдельные годы из-за сезонного регулирования он смещался с мая на апрель. В 1983 г. Qmax наблюдался в апреле и составил 14 600 м3/с, в мае он уменьшился до 12 800 м3/с. В 2007 г. максимальный расход отмечен в апреле - 18 600 м3/с, в мае - 17 300 м3/с. В 2008 г. Qmax составил в апреле 18 413, а в мае - 15 142 м3/с.
Минимальные средние месячные расходы воды ^т1п) не имеют какой-либо закономерности во внутригодовом распределении. За 60 лет Qmin наблюдался 17 раз в марте, 12 - в апреле, 10 - в октябре, 9 - в ноябре и 4 -в декабре. В остальные месяцы (февраль, сентябрь, июнь, июль и август) Qmin наблюдался 2-3 раза. Исключение составляет май, в котором за 60 лет не наблюдалось ни одного минимального расхода.
Водность года оказывает влияние на внутригодовое распределение расходов воды. Закономерности сезонной изменчивости расходов воды (гидрографы) в экстремально маловодный 1975 г. (рис. 6) и экстремально многоводный 1990 г. (рис. 7) принципиально отличаются друг от друга, что характерно для природно-технических водных объектов.
Месяц
Рис. 6. Гидрограф экстремального маловодного 1975 г. Fig. 6. Hydrograph of the 1975 extremely low-water year.
Scientific/practical journal № 1, 2020 г.
water sector of russia
Рис. 7. Гидрограф экстремального многоводного 1990 г. Fig. 7. Hydrograph of the 1990 extremely high-water year.
Гидрограф в экстремальный маловодный год имеет один хорошо выраженный максимум в мае в период весеннего половодья, что характерно для естественных условий Волги. За счет интенсивного регулирования водного стока в створе Жигулевской плотины гидрограф в экстремальный многоводный год демонстрирует два максимума: один - в период весеннего половодья, другой - в период осенней межени.
Сезонные колебания средних месячных расходов воды р. Волги в створе Жигулевской плотины составляют 5502-19 803 м3/с и оказывают более существенное влияние на развитие о. Бахиловский и состояние его экосистем, чем межгодовые колебания средних годовых расходов воды. В периоды экстремального многоводья и маловодья влияние сезонной изменчивости средних месячных расходов воды усиливается.
ВЫВОДЫ
В многолетнем разрезе смена водности Волги в районе о. Бахиловский обусловлена климатическими условиями в Волжском бассейне. Периоды маловодья, многоводья и средней водности на реке характеризуются цикличностью, близкой к климатическому циклу солнечной активности Хей-ла со средней продолжительностью 22 года.
Внутригодовые изменения расходов воды обусловлены режимом регулирования водного стока Волги на Жигулевской плотине. Амплитуда сезонных колебаний средних месячных расходов воды составляет 212733 500 м3/с и значительно превосходит амплитуду межгодовых колебаний средних годовых расходов воды (5270-10 431 м3/с). Наибольшие сезонные колебания средних месячных расходов воды наблюдаются в экстремальные многоводные, а наименьшие - в экстремальные маловодные годы.
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
Сезонное регулирование расходов воды р. Волги в створе Жигулевской плотины осуществляется без учета природных особенностей внутриго-дового распределения водного стока. Поэтому нарушена природная взаимосвязь между средними годовыми и средними месячными значениями расходов воды, что не позволяет достоверно прогнозировать наступление экстремально маловодных и экстремально многоводных средних месячных значений расходов воды.
Многолетние и сезонные изменения расходов воды р. Волги в створе Жигулевской плотины являются ключевым фактором развития островной экосистемы, включая динамику русловых процессов и определяя режим функционирования, состав и состояние биологических объектов о. Бахиловский.
Учитывая необходимость сохранения экосистемы заповедного о. Бахиловский, следует внести изменения в нормативный документ «Правила использования водных ресурсов Куйбышевского и Саратовского водохранилищ» в отношении регулирования водного стока в экстремальные многоводные и маловодные годы с целью минимизации их негативного воздействия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Borshch S. V., Samsonov T.E., Simonov Yu.A, Lvovskaya E.A. Visualization hydrological phenomena in large river basins using GIS technologies // Tr. Gidrometeorol. Nauchno-Issled. Tsentra Ross. Fed. 2013. No. 349. P. 47-62.
2. Рулев А.С., Шинкаренко С.С., Кошелева О.Ю. Оценка влияния гидрологического режима Волги на динамику затопления острова Сарпинский // Ученые записки Казанского университета. Сер. естеств. науки. 2017. Т. 159. Кн. 1. С. 139-151.
3. Баев И.В, Кудинов К.А. Самарская Лука и Жигулевский заповедник // Наш друг -природа. Куйбышев: Кн. изд-во. 1979. С. 105-115.
4. Маккавеев Н.И. Сток и русловые процессы. М.: МГУ, 1971. 116 с.
5. Лебедева Г.П., Чап Т.Ф. Динамика экосистем островов Середыш и Шалыга // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2007. Т. 9. № 1. С. 186-194.
6. Ерофеев В.В. Остров Середыш // сб. Памятники природы Куйбышевской области. Куйбышев: Кн. изд-во, 1986. С. 141-142.
7. Летопись природы Жигулевского государственного заповедника за 1960 год / Фонды Жигулевского государств. природного заповедника им. И.И. Спрыги-на. 1961. Кн. 1. Рукопись. 218 с.
8. Летопись природы Жигулевского государственного заповедника за 1971-1972 год / Фонды Жигулевского гос. природного заповедника им. И.И. Спрыгина 1976. Кн. 3/10. Рукопись. 319 с.
9. Кудинов К.А. Жигулевский государственный заповедник. Куйбышев: Кн. изд-во, 1982. 48 с.
10. Кудинов К.А. Жигулевский заповедник // Стационарные исследования геосистем. М.: ИГАН РАН, 1984. С. 140-141.
11. Кудинов К.А. Жигулевский заповедник // Заповедники СССР. Заповедники европейской части РСФСР. М.: Мысль, 1989. Ч. 2. С. 208-232.
water sector of russia
12. Кудинов К.А. Жигулевский государственный заповедник им. И.И. Спрыгина // Зеленая книга Поволжья: Охраняемые природные территории Самарской области. Самара: Кн. изд-во, 1995. С. 314-328.
13. Файзулин А.И., Замалетдинов Р.И., Литвинчук С.Н., Розанов Ю.М., Боркин Л.Я., Ермаков О.А., Ручин А.Б. Лада Г.А. Свинин А.О. Башинский И.В., Чих-ляев И.В. Видовой состав и особенности распространения зеленых лягушек (Pelophylax esculentus complex) на особо охраняемых природных территориях Среднего Поволжья (Россия) // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2018. 3 (Suppl. 1). С.1-16. DOI: 10.24189/ncr.2018.056.
14. Ерофеев В.В. Озеро Кольчужное и остров Середыш. Режим доступа: URL: историческая - самара. рф. (дата обращения: 22.05.2019).
15. Shumova N.A. Changes in environmentally significant characteristics ofhydrological regime of the Lower Volga under runoff control // Arid Ecosistems. 2014. Vol. 4. No. 3. P. 158-168.
16. Беркович К.М. Русловые процессы на реках в сфере влияния водохранилищ. М.: МГУ, 2012. 163 с.
17. Многолетние характеристики притока воды в крупнейшие водохранилища РФ: научно-прикл. справ. СПб.: РПЦ Офорт, 2017. 132 с.
18. Вуглинский В.С. Водные ресурсы и водный баланс крупных водохранилищ СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 223 с.
19. Эрозионные процессы / Н.И. Маккавеев, Р.С. Чалов, М.Ю. Белоцековский и др. М.: Мысль, 1984. 256 с.
20. Селезнева А.В. От мониторинга к нормированию антропогенной нагрузки на водные объекты. Самара: СамНЦ РАН, 2007.107 с.
21. Зайцева И.С. Маловодные годы в бассейне Волги: природные и антропогенные факторы. М.: Наука, 1984.184 с.
22. Селезнев В.А., Селезнева А. В., Беспалова К.В. Антропогенное эвтрофирование крупных водохранилищ Нижней и Средней Волги в условиях глобального потепления климата (Проблемы и пути решения) // Глобальное распространение процессов антропогенного эвтрофирования водоемов: мат-лы межд. научно-практ. конф. 2017. С. 151-156.
Для цитирования: Селезнева А.В., Беспалова К.В., Селезнев В.А. Изменение водности реки Волги в районе заповедного острова Бахиловский //Водное хозяйство России. 2020. № 1. С. 31-48. Сведения об авторах:
Селезнева Александра Васильевна, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, лаборатория мониторинга водных объектов, Институт экологии Волжского бассейна Российской академии наук - филиал ФГБУН Самарского Федерального исследовательского центра Российской академии наук (ИЭВБ РАН - филиал СамНЦ РАН), Россия, 445004, г. Тольятти, ул. Комзина, 10; e-mail: aleks.selezneva@mail.ru
Беспалова Ксения Владимировна, канд. хим. наук, научный сотрудник, лаборатория мониторинга водных объектов, Институт экологии Волжского бассейна Российской академии наук - филиал ФГБУН Самарского Федерального исследовательского центра Российской академии наук (ИЭВБ РАН - филиал СамНЦ РАН), Россия, 445004, г. Тольятти, ул. Комзина, 10; e-mail: kvbespalova@yandex.ru
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
Селезнев Владимир Анатольевич, д-р техн. наук, канд. геогр. наук, профессор, главный научный сотрудник, лаборатория мониторинга водных объектов, Институт экологии Волжского бассейна Российской академии наук - филиал ФГБУН Самарского Федерального исследовательского центра Российской академии наук (ИЭВБ РАН - филиал СамНЦ РАН), Россия, 445004, г. Тольятти, ул. Комзина, 10; e-mail: seleznev53@mail.ru
THE CHANGE OF THE WATER REGIME OF THE VOLGA RIVER IN THE AREA OF THE PROTECTED ISLAND BAKHILOVSKY
Aleksandra V. Selezneva, Ksenia V. Bespalova, Vladimir А. Seleznev
E-mail: aleks.selezneva@mail.ru
RAS Institute of Ecology of the Volga Basin, Russia
Abstract: The ecological state of the protected Islands Seredysh and Shalyga (now Bakhilovsky island) depends on the water content and flow of the Volga River. We have analyzed the long-term changes in the water flow of the Volga River for the period 1958-2017 in the alignment Zhiguli dam, located 12 km upstream from the island. According to the average annual water consumption, there are three periods that differ from each other in water content: low-water period (1958-1976), high-water period (1977-1997) and the period of average water content (1998-2017), with extremely low-water (1967, 1973, 1975, 1976, 1977, 1996) and extremely high-water (1966, 1979, 1981, 1990, 1991, 1994) years. In high-water years, during the passage of the spring flood, the island is almost completely flooded, and in low-water years, during the summer low water, the area of the island increases and changes its configuration.
Key words: water reservoir, the area of the island, water flow, low-water, high-water, the Volga River.
About the authors:
Aleksandra V. Selezneva, Senior Researcher, Candidate of Technical Sciences, Russian Academy of Sciences Institute of the Volga River Basin Ecology, ul. Komzina, 10, Togliatti, 445004, Russia; e-mail: aleks.selezneva@mail.ru
Kseniya V. Bespalova, Junior Researcher, Candidate of Chemical Sciences, Russian Academy of Sciences Institute of the Volga River Basin Ecology, ul. Komzina, 10, Togliatti, 445004, Russia; Senior Researcher, Togliatti State University, ul. Belorusskaya, 15 (main building), Togliatti, 445020, Russia; e-mail: kvbespalova@yandex.ru
Vladimir A. Seleznev, Laboratory Head, Candidate of Geographical Sciences, Doctor of Technical Sciences, Professor, Russian Academy of Sciences Institute of the Volga River Basin Ecology, ul. Komzina, 10, Togliatti, 445004, Russia; Professor, Togliatti State University, ul. Belorusskaya, 15 (main building), Togliatti, 445020, Russia; e-mail: seleznev53@mail.ru
For citation: Selezneva A.V., Bespalova K.V., Seleznev V.A. The Change of the Water Regime of the Volga River in the Area of the Protected Island Bakhilovsky // Water Sector of Russia. 2020. No. 1. P. 31-48.
REFERENCES
1. Borshch S.V., Samsonov T.E., Simonov Y.A, Lvovskaya E.A. Visualization hydrological phenomena in large river basins using GIS technologies // Tr. Gidrometeorol. Nauchno-Issled. Tsentra Ross. Fed. 2013. No. 349. Рр. 47-62.
2. Rulev A.S., Shinkarenko S.S., Kosheleva O.Y. Otsenka vliyaniya gidrologicheskogo rezhima Volgi na dinamiku zatopleniya ostrova Sarpinskiy [Assessment of the Volga hydrological regime on the dynamics of the Sarpinskiy Island flooding] // Ucheniye zapiski Kazanskogo uni-versiteta. Ser. yestestv. nauki. 2017. V. 159. Kn. 1. Pp. 139-151.
water sector of russia
3. Bayev I.V., Kudinov K.A. Samarskaya Luka i Zhigulevskiy zapovednik [Samara Luka and Zhiguli natural reserve] // Nash drug-priroda-Kuybyshv: Kn. Izd-vo. 1979. Pp. 105-115.
4. MakkaveyevN.I. Stok i rusloviye protsessy [Runoff and channel processes]. M.: MGU, 1971.116 p.
5. Lebedeva G.P., Chap T.F. Dinamika ekosistem ostrovov Seredysh i Shalyna [The Sededysh and Shalyna islands ecosystems' dynamics] // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Ros-siyskoy akademiyi nauk. 2007. V. 9. No. 1. Pp.186-194.
6. Yerofeyev V.V. Ostrov Seredysh [The Seredysh Island] // sb. Pamyatniki prirody Kuybyshevskoy oblasti. Kuybyshv: Kn. Izd-vo, 1986. Pp. 141-142.
7. Letopis prirody Zhigulevskogo gosudarstvennogo zapovednika za 1960 god [Chronicle of the Zhiguli State Natural Reserve nature over 1960] / Fondy Zhigulevskogo gosudarstv. Prirod-nogo zapovednika im. I.I. Sprygina. 1961. Kn. 1. Rukopis. 218 p.
8. Letopis prirody Zhigulevskogo gosudarstvennogo zapovednika za 1971-1972 god / ondy Zhigulevskogo gosudarstv. Prirodnogo zapovednika im. I.I. Sprygina 1976. Kn. 3/10. Rukopis. 319 с.
9. Kudinov K.A. Zhigulevskiy gosudarstvenniy zapovednik [The Zhiguli State Natural Reserve]. Kuybyshev: Kn. Izd-vo, 1982. 48 p.
10. Kudinov K.A. Zhigulevskiy zapovednik // [The Zhiguli Natural Reserve] Statsionarniye issle-dovaniya geosistem. M.: IGAN RAN, 1984. Pp. 140-141.
11. Kudinov K.A. Zhigulevskiy zapovednik [The Zhiguli Natural Reserve] // Zapovedniki ev-ropeyskoy chasti RSFSR. M: Mysl, 1989. P. 2. Pp. 208-232.
12. Kudinov K.A. Zhigulevskiy gosudarstvenniy zapovednik im. I.I. Sprygina [I.I. Sprygin Zhiguli State Natural Reserve] // Zelenaya kniga Povolzhya: Okhranyaemiye prirodniye territoriyi Sa-marskoy oblasti. Samara: Kn. Izd-vo, 1995. Pp. 314-328.
13. Fayzulin A.I., Zamaletdinov R.I., Litvinchuk S.N., Rozanov Y.M., Borkin L.Y., Yermakov O.A., Ruchin A.B., Lada G.A., Svinin A.O., Bashinskiy I.V., Chikhlayev I.V. Vidovoy sostav i osobennosti rasprostraneniya zelenykh lyagushek (Pelophylax esculentus complex) na osobo okhranyayemykh territoriyakh Srednego Povolzhya [Species structure and special features of spreading of green frog (Pelophylax esculentus complex) on the specially protected territories of the Middle Volga Rewgion (Russia)] // Nature Conservation Research. Заповедная наука. 2018. 3 (Suppl. 1). Pp. 1-16. DOI: 10.24189/ncr.2018.056.
14. Yerofeyev V.V. Ozero Kolchuzhnoye i ostrov Seredysh [The Lake Kolchuzhnoye and Seredysh Island]. Rezhim dostupa: URL: istoricheskaya - samarar. rf. Data obrashcheniif: 22.05.2019.
15. Shumova N.A. Changes in environmentally significant characteristics of hydrological regime of the Lower Volga under runoff control // Arid Ecosistems. 2014. Vol. 4. No. 3. Pp. 158-168.
16. Berkovich K.M. Ruslovie protsessy na rekakh v sfere vliyaniya vodokhranilishch. [Channel processes on the rivers in the sphere of water reservoirs' influence] M.: MGU, 2012. 163 p.
17. Mnogoletniye kharakteristiki pritoka vody v krupneyshiye vodokhranilishcha RF [Many-year characteristics of water input to the major water reservoirs of the RF]: Nauchno-prikl. sprav. SPb.: RPTs Ofort, 2017. 132 p.
18. Vuglinskiy V.S. Vodniye resursy i vodniy balans krupnykh vodokhranilishch SSSR [Water resources and water balance of the major reservoirs of the USSR]. L.: Gidrometeoizdat, 1991. 223 p.
19. Erosive processes / N. I. Makkaveev, R. S. Chalov, M. Yu. Belotsekovsky, and others. M.: Thought, 1984. 256 p.
20. Selezneva A.V. Ot monitoringa k normirovaniyu antropogennoy nagruzki na vodniye obyekty [From monitoring towards normalizing of the anthropogenic load on water bodies]. Samara: SamNTs RAN, 2007. 107 p.
21. Zaytseva I.S. Malovodniye gody v basseyne Volgi: prirodniye i antropogenniye factory [Low-water years in the Volga River basin: natural and anthropogenic factors]. M.: Nauka, 1984. 184 p.
22. Seleznev V.A., Selezneva A.V., Bespalova K.V. Antropogennoye evtrofiroirovaniye rupnykh vodokhranilishch Nizhney i Sredney Volgi v usloviyakh globalnogo potepleniya klimata [Anthropogenic euthrophication of the Lower and Middle Volga maj or reservoirs under the conditions of the global climate changing (Problems and solutions)] // Globalnoye rasprostraneniye protsessov antropogennogo evtrofirovaniya vodoyomov: Mat-ly mezhd. nauchno-prakt. konf. 2017. Pp. 151-156.
Научно-практический журнал № 1, 2020 г.
