CC BY
0
ПРИРОДНАЯ СРЕДА
УДК 556.5 DOI 10.53115/19975996_2024_03_157_160
ББК 26.222.5
М.В. Ушаков
МИНИМАЛЬНЫЙ МЕСЯЧНЫЙ ПРИТОК ВОДЫ К КОЛЫМСКОМУ КАСКАДУ ГЭС В ЛЕТНЕ-ОСЕННИЙ ПЕРИОД В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ
Цель работы - определить, какие климатические изменения будут соответствовать минимальным месячным притокам воды к каскаду ГЭС на р. Колыме в летне-осенний период к концу XXI века. Многолетние ряды притока воды к водохранилищам содержат статистически значимые положительные тренды. На основе корреляционных связей скользящих 30-летних средних величин притока и среднегодовой температуры воздуха получены формулы, по которым были рассчитаны экстремально низкие значения месячного притока на конец нынешнего века при различных сценариях потепления климата. Так, при повышении среднегодовой температуры воздуха на 2°С минимальные месячные значения притока вероятностью превышения 99 % увеличатся на 23,8-39,2%. Информация о такой трансформации режима минимального стока облегчит управление каскадом ГЭС в экстремально маловодные годы.
Ключевые слова:
потепление климата, приток воды к водохранилищу, тренды.
Ушаков М.В. Минимальный месячный приток воды к Колымскому каскаду ГЭС в летне-осенний период в эпоху глобального потепления // Общество. Среда. Развитие. - 2024, № 3. - С. 157-160. - DOI 10.53115/19975996_2024_03_157_160
© Ушаков Михаил Вилорьевич - кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н.А. Шило Дальневосточного отделения РАН, Магадан; e-mail: [email protected]
В настоящее время наблюдается процесс глобального потепления климата [18], который сказывается и на гидрологическом режиме рек [1; 5; 9; 13; 14; 16;
17]. В работе [10] установлено, что за последние 30 лет величины притока воды в Колымское водохранилище в мае, августе и сентябре выросли на 37, 31 и 38% соответственно. Благодаря тому, что весеннее половодье стало начинаться раньше, произошло увеличение речного стока Верхней Колымы в мае и уменьшение его в июне-июле [12].
На р. Колыме функционирует два водохранилища для выработки электроэнергии на Колымской ГЭС и на Усть-Среднеканской ГЭС (табл. 1).
В настоящей работе ставится цель определить, какие климатические изменения произойдут с минимальным месячным притоком воды к каскаду ГЭС на р. Колыме
к концу нынешнего века при различных
сценариях потепления климата.
Таблица 1
Характеристики водохранилищ Колымского каскада ГЭС [11]
Площадь водосбора, км2 Расстояние от устья, км Полный объем, км3 Средний напор, м
Водохранилище Колымской ГЭС (Колымское водохранилище)
61500 1850 14,4 112
Водохранилище Усть-Среднеканской ГЭС (Усть-Среднеканское водохранилище)
3760 1677 5,44 55,0
Климат Колымского б
ассеина
резко
континентальный с холодной зимой и сравнительно теплым летом [7]. Территория расположена к зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты [2].
о
Весеннее половодье на реках Верхней Колымы проходит в мае-июне, летне-осенняя межень наблюдается в июле-сентябре, обычно прерывается двумя-тремя дождевыми паводками [6]. С октября по апрель реки покрыты ледяным покровом - зимняя межень.
Материалы и методы
Многолетние ряды месячного притока воды к водохранилищу Колымской ГЭС и месячного бокового притока к водохранилищу Усть-Среднеканской ГЭС были предоставлены Колымским управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. При помощи этих данных были сформированы ряды минимального месячного притока воды в летне-осенний период. Статистические параметры рядов рассчитывались методом моментов с введением с соответствующих поправок на смещение оценок в соответствии с [8] (табл. 2). Эмпирические кривые обеспеченности аппроксимированы аналитической кривой трехпараме-трического гамма-распределения [4] (рис. 1).
Многолетние ряды температуры воздуха в пунктах Сусуман и Усть-Среднекан
взяты на сайте Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации-Мирового центра данных (ВНИИГМИ-МЦД) [3].
В работе ряды анализировались на наличие тренда, использовались низкочастотная фильтрация скользящей средней с окном 30 лет и регрессионный анализ.
Результаты и обсуждение
Согласно критерию Стьюдента на уровне 5% ряды минимального месячного притока воды к каскаду ГЭС в летне-осенний период неоднородны по среднему (см. табл. 2). Критерий Херста [15] подтвердил наличие положительного тренда. Дисперсия рядов со временем не изменилась.
Наиболее отчетливо тренды видны по кривым скользящих 30-летних средних (рис. 2). Так, например, норма минимального месячного притока в Колымское водохранилище, рассчитанная за 1991-2020 гг., возросла на 16,5% по сравнению с нормой за 1951-1980 гг. Эти тренды в колебаниях притока воды, в общем-то, согласуются с временным ходом скользящей 30-летней средней температурой воздуха, осреднен-ной по пунктам Сусуман, Усть-Среднекан (см. рис. 2). Нормы температуры и притока, начиная с 80-х годов прошлого века, начали постепенно расти.
Это видно и на графиках связи скользящих 30-летних средних минимального месячного притока в Колымское и бокового притока в Усть-Среднеканское водохранилища со средней годовой температурой воздуха (рис. 3).
О,зо =64,96Г30+13 Цг= 0,96,(1)
Л
= 76,88Г,0 + 1289, г
0,98, (2)
где 0,та30, Lm30 - скользящие 30-летние средние минимального месячного притока воды в Колымское водохранилище и бокового приток воды в Усть-Среднеканское водо-
Таблица 2
Статистические характеристики рядов минимального месячного притока воды к Колымскому водохранилищу и бокового притока Усть-Среднеканскому водохранилищу
Рис. 1. Аналитические кривые обеспеченности минимального месячного притока воды к водохранилищам Колымской ГЭС (О^) и Усть-Среднеканской ГЭС (Ь^ в летне-осенний период
Водохранилище (площадь водосбора, км2) Длина ряда, лет Среднее, м3/с С V Сэ/Си г(1) Однородность ряда по критерию
Стьюдента Фишера
Колымское (61500) 84 525 0,51 0,50 0,02 нет Да
Усть-Среднеканское (37600*) 84 402 0,39 3 0 нет Да
о
о
чо О
Примечания: ^ - коэффициент вариации; Cs - коэффициент асимметрии; г(1) - коэффициент корреляции смежных лет; * - указана промежуточная площадь водосбора между плотинами Колымской и Усть-Среднеканской ГЭС.
-10,0 -10,5 ■ 11,0 -11,5 -12,0 -12,5
1'Лч ■ 1960
700
fi*ÎO
и fiOi!
к
с
ЬЬО
500
1В30 2000 Годы
2010 2020
t уи /
-А д Л .. /\лУ
\j Щ
1990 2000 Годы
2010 2020
500
Ш
1930 290U Тоды
Рис. 2. Многолетние колебания среднегодовой температуры воздуха (а), минимального месячного притока в летне-осенний период к водохранилищу Колымской ГЭС (б) и минимального месячного бокового притока в летне-осенний период к водохранилищу Усть-Среднеканской ГЭС (в), отфильтрованных скользящим 30-летним средним
-11,В -11
Температура, °С
-12,5 -12 -11,5 -11 Температура, ,:,С
Рис. 3. Связи отфильтрованных скользящей 30-леткой рядов: притока воды в Колымское водохранилище (а), бокового притока в Усть-Среднеканское водохранилище (б) и среднегодовой температурой воздуха
хранилище; Т30 - скользящие 30-летние
средние температуры воздуха; г - коэффициент корреляции.
По формулам (1), (2) можно рассчитать, какие нормы минимальных месячных значений притока, рассчитанных за 30 лет, будут при различных сценариях потепления климата. А дальше по расчетным нормам можно посчитать и величины притока заданной вероятности превышения. В табл. 3 приведены прогнозируемые нормы и квантили обеспеченностью 95% и 99% для конца XXI века.
Таблица 3
Расчетные характеристики минимального месячного притока воды к Колымскому каскаду ГЭС к концу XXI века при различных сценариях потепления климата
Минимальный месячный приток, м3/с Увеличение нормы среднегодовой температуры воздуха за 2071-2100 гг. по сравнению с нормой за 1991-2020 гг. на
0°С 0,5 °C 1,0 °C 1,5 °C 2,0 °C
Колымское водохранилище
среднее за 2071-2100 гг. 613 661 694 726 759
обеспеченностью 95% 129 139 146 152 159
обеспеченностью 99% 45,4 48,9 51,4 53,7 56,2
Усть-Среднеканское водох эанилище
среднее за 2071-2100 гг. 457 520 559 597 636
обеспеченностью 95% 229 260 280 299 318
обеспеченностью 99% 174 198 212 227 242
о
CM
со
О
3
ю О
Квантили высокой вероятности превы- Колымского каскада ГЭС в летне-осенний
шения для Усть-Среднеканского водохра- период содержат тренд на повышение, ко-
нилища выше, чем для Колымского, это торый согласуется с климатическим ро-
объясняется тем, что дисперсия притока стом среднегодовой температуры воздуха
к водохранилищу Колымской ГЭС выше на водосборе.
(см. табл. 2, рис. 1). Получены уравнения связи скользящих
Как видно в табл. 3, в экстремальное 30-летних средних притока воды и средне-
маловодье (обеспеченностью 99%) при годовой температуры воздуха. повышении среднегодовой температуры При помощи этих формул рассчитаны
воздуха на 2°C минимальный месячный характеристики минимального месячного
приток к водохранилищу Колымской ГЭС притока воды к водохранилищам к концу будет на 23,8% больше, чем при нынешних XXI века при различных сценариях поте-
условиях. А для бокового притока в Усть- пления климата. Так, например, при повы-
Среднеканское водохранилище увеличение шении среднегодовой температуры воздуха
составит 39,2%. на 2°C минимальные месячные значения
притока вероятностью превышения 99%
Заключение увеличатся на 23,8-39,2%.
Исследованием установлено, что мно- Такие изменения облегчат управление
голетние колебания минимального ме- речным стоком каскадом ГЭС в экстремаль-
сячного притока воды к водохранилищам но маловодные годы.
Список литературы
[1] Гельфан А.Н., Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Григорьев В.Ю., Мотовилов Ю.Г., Гусев Е.М. Влияние изменения климата на годовой и максимальный сток рек России: оценка и прогноз // Фундаментальная и прикладная климатология. Т. 7. - 2021, № 1. - С. 36-79.
[2] Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / Под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Недра, 1989. - 515 с.
[3] Данные. Специализированные массивы // Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных. - Интернет-ресурс. Режим доступа: http://meteo.ru/data
[4] Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы управления водохозяйственными системами. - М.: Наука, 1982. - 271 с.
[5] Маргарян В.Г., Овчарук В.А., Голций М.В., Боровская Г.А. Сравнительный анализ и оценка многолетних колебаний максимального стока рек горных территорий Армении и Украины в условиях глобальных изменений климата // Устойчивое развитие горных территорий. - 2020, № 12(43). - С. 61-75.
[6] Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 282 с.
[7] Север Дальнего Востока / Под ред. Н. А. Шило. - М.: Наука, 1970. - 487 с.
[8] СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. - М.: Госстрой России, 2004. - 74 с.
[9] Ухов Н.В. Современный тепловой сток горных рек криолитозоны: геоэкологические особенности формирования на примере Верхней Колымы // Тихоокеанская география. 2023. - № 4. - С. 64-73.
[10] Ушаков М.В., Лебедева Л.С. Климатические изменения режима формирования притока воды в Колымское водохранилище // Научные Ведомости БелГУ. Естественные науки. Вып. 37. - 2016, № 25(246). - С. 120-127.
[11] Ушаков М.В. Методика долгосрочного прогноза притока воды к каскаду водохранилищ на реке Колыме на второй квартал // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Т. 4 (70) - 2018, № 2. - С. 269-280.
[12] Ушаков М.В. Характер климатических изменений внутригодового распределения стока Верхней Колымы // Общество, среда, развитие. - 2021,№ 2. - С. 86-89.
[13] Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Агафонова С.А., Повалишникова Е.С. Антропогенные и климатически обусловленные изменения стока воды и ледовых явлений рек российской Арктики // Вопросы географии. Сборн. 145. Гидрологические изменения. - 2018. - С. 233-251.
[14] Gartsman B.I., Lupakov S.Yu. Effect of Climate Changes on the Maximal Runoff in the Amur Basin: Estimation Based on Dynamic-Stochastic Simulation. // Journal Water Resources. - 2017, № 44(5). - P. 697-706.
[15] Hurst H.E. Long-term storage capacity of reservoirs // Transactions of the American Society of Civil Engineers. - 1951, v. 116. - P. 770-808.
[16] Makarieva O., Nesterova N., Post D.A., Sherstyukov A., Lebedeva L. Warming temperatures are impacting the hydrometeorological regime of Russian rivers in the zone of continuous permafrost // The Cryosphere. -2019, № 13. - P. 1635-1659.
[17] Shiklomanov A.I., Lammers R.B., Lettenmaier D.P., Polischuk Yu.M., Savichev O.G., Smith L.C., Chernokulsky A.V. Hydrological Changes: Historical Analysis, Contemporary Status, and Future Projections // Regional Environmental Changes in Siberia and Their Global Consequences. - 2012, 01 January. - P. 111-154. - Интернет-ресурс. Режим доступа: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-4569-8_4
[18] WMO statement on the status of the global climate in 2015 // WMO. № 1167. - Geneva: Publications Board World Meteorological Organization, 2016. - 26 p.
