CC BY
58МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
METHODOLOGY AND RESEARCH METHODS
УДК 556.53
МИНИМАЛЬНЫЙ СТОК РЕК ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ РОССИИ
М.Л. Марков1, Е.В. Гуревич1, А.Ю. Виноградов2
Государственный гидрологический институт, г. Санкт-Петербург, Россия;
2ООО НПО «Гидротехпроект», г. Валдай, Россия 2014mml@gmail. com
Аннотация. На реках Черноморского побережья России в настоящее время функционирует всего 8 гидрологических постов. Десятки рек региона не освещены данными наблюдений, что осложняет расчеты минимального стока рек для решения вопросов охраны и использования водных ресурсов. Цель работы заключается в определение характеристик минимального стока неизученных рек Черноморского побережья и выявлении его пространственной неоднородности.
В исследованиях использованы данные наблюдений на 24 постах Росгидромета (действующих и закрытых за период 1926-2011 гг.) и результаты летних меженных гидрометрических
DOI: 10.34753/HS.2019.1.3.003
MINIMUM FLOW OF RIVERS OF THE BLACK SEA COAST OF THE RUSSIA
Mikhail L. Markov1, Elena V. Gurevich1,
Alexey Yu. Vinogradov2 !State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia; 2Scientific and Industrial Research Association Gidrotehproekt, Valday, Russia 2014mml@gmail. com
Abstract. There are currently only 8 hydrological posts on the rivers of the Black Sea coast of Russia. Dozens of rivers in the region are not covered by observational data, making it difficult to calculate the minimum flow of rivers to address the protection and use of water resources. The aim of the work is to determine the characteristics of the minimum flow of unexplored rivers of the Black Sea coast and to identify its spatial heterogeneity.
The studies use observation data at 24 posts of Roshydromet (active and closed in the period 1926-2011) and results of summer in-tergenerational hydrometric surveys carried out in 2007 and 2008 by the State Hydrological Institute on 44 rivers.
Markov M.L., Gurevich E.V., Vinogradov A.Yu. Minimum flow of rivers of the black sea coast of the Russia. Hydrosphere. Hazard processes and phenomena, 2019, vol. 1, iss. 3, pp. 408-425 (In Russian; abstract in Eng-408 lish). DOI: 10.34753/HS.2019.1.3.003
съемок, выполненных в 2007 и 2008 гг. Государственным гидрологическим институтом на 44 реках.
В качестве основных расчетных характеристик для района приняты минимальный в году 10-ти суточный и суточный расходы воды. Расчет минимального стока неизученных рек выполнен на основе данных эпизодических измерений и результатов наблюдений на постах Росгидромета.
Установлено, что до средней высоты водосбора около 700 м минимальные средние 10-ти суточные расходы воды изменяются в небольшом диапазоне (до 3 л/скм2). С повышением высоты местности выше 700 м в речных бассейнах наблюдается заметный рост минимального речного стока. Выполнено географо-гид-рологическое районирование территории по минимальному 10-ти суточному стоку рек. При районировании выделены 4 основных района и 2 подрайона с разными физико-географическими и гидрогеологическими условиями формирования минимального стока рек. Оценена повторяемость маловодных лет -числа случаев минимального стока рек вероятностью превышения >80 %. Наиболее часто повторяющаяся категория маловодных лет -«одиночный год» (-78% случаев). Неблагоприятная гидрологическая ситуация складывается, когда маловодные летние периоды повторяются через 1-2 года или два-три года подряд. В
A minimum of 10 daily and daily water consumption per year has been adopted as the main design characteristics for the area. The calculation of the minimum drain of unexplored rivers is made on the basis of the data of occasional measurements and the results of observations at the posts of Roshydromet. It has been found that up to an average catchment height of about 700 m, the minimum average 10-daily water flow rates vary in a small range (up to 3 l/skm2). With the elevation of the terrain rising above 700 m, there is a marked increase in minimal river runoff in river basins. Geographical and hy-drological zoning of the territory by the minimum 10-day river flow was performed. During zoning 4 main areas and 2 sub-districts with different physical-geographical and hydrogeological conditions of formation of minimum river flow have been identified.
The repeatability of shallow years - numbers of cases of the minimum drain of the rivers the probability of excess of >80% is estimated. The most often repeating category of shallow years - "single year" (-78% of cases). An unfavourable hydrological situation occurs when low-water summer periods are repeated after 1-2 years or two-three years in a row. These years tend to see low winter intergenerational and spring floor-age.
Марков М.Л., Гуревич Е.В., Виноградов А.Ю. Минимальный сток рек Черноморского побережья России // Гидросфера. Опасные процессы и явления. 2019. Т. 1. Вып. 3. С. 408-425. ,|лг» DOI: 10.34753/^.2019.1.3.003 4 0 9
эти годы, как правило, наблюдаются низкие зимняя межень и весеннее половодье. Ключевые слова: реки Черноморское побережье России; минимальный сток рек; статистические расчеты; измеренные расходы воды; районирование; повторяемость маловодий
Keywords: rivers of the Black sea coast of Russia; unexplored rivers, minimum river flow; statistical calculations; measured water consumption; zoning; repeatability of low water
Введение
Минимальные расходы воды, определяющие собой водные ресурсы рек в самое маловодное время года, представляют большой практический интерес. Они учитываются при решении разнообразных водохозяйственных задач: водоснабжение населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также при разработке мероприятий по охране водных ресурсов. В настоящее время перечисленные задачи чрезвычайно актуальны для Черноморского побережья России. Здесь в последние два десятилетия ведется активное строительство рекреационных, спортивных и лечебно-оздоровительных объектов. Поэтому увеличивается водопотребление и, соответственно, антропогенная нагрузка, особенно на малые реки1. Вместе с тем, изученность минимального стока многих рек этого района не позволяет получить надежные расчетные гидрологические характеристики для обеспечения устойчивого водопользования и разработки мероприятий по охране водных объектов, на большинстве которых нет гидрологических наблюдений. Стационарные наблюдения за гидрологическим режимом рек проводились нерегулярно, в разные периоды менялось количество постов и они неравномерно распределены по территории. Всего в разные годы действовало 34 поста наблюдений, входящих в государственную сеть наблюдений. В настоящее время функционирует 8 постов наблюдений. Поэтому являются актуальными вопросы расчета минимального стока рек при отсутствии данных наблюдений, учитывающих пространственные особенности его формирования в горах.
По территории Черноморского побережья последние обобщения минимального стока были выполнены при разработке [Пособие ..., 1984] с использованием данных до середины 1970-х годов. Приведенные в указанной работе данные не позволяли определять расчетные значения минимального стока многочисленных малых неизученных рек этого района.
1 Оценка воздействия на окружающую среду по теме «Разработка проекта СКИОВО бассейнов рек Черного моря». Краснодар: 2010. 44 с.
Поэтому основная цель данной работы заключалась в определение характеристик минимального стока рек Черноморского побережья и выявлении его пространственной неоднородности на основе привлечения дополнительных данных к данным наблюдений на постах Росгидромета - меженных гидрометрических съемок, выполненных в Государственном гидрологическом институте (далее - ФГБУ «ГГИ»).
Материалы и методы исследования
Для достижения цели решались следующие задачи: расчет многолетних характеристик минимального стока рек в пунктах наблюдений, выполнение меженной гидрометрической съемки на малых неизученных реках, оценка пространственного распределения характеристик минимального стока и анализ повторяемости минимальных расходов воды редкой вероятности превышения.
Посты Росгидромета расположены на равнинных или предгорных участках сравнительно больших рек Черноморского побережья России. Наблюдения на них проводились нерегулярно, в разные периоды менялось количество постов. Для анализа изменений многолетнего режима минимального стока рек использованы данные наблюдений на 24 постах Росгидромета, расположенных в разных районах Черноморского побережья. Продолжительность периода наблюдений изменяется от 2 до 85 лет за совместный период 1926-2011 гг., на 17 постах наблюдения велись более 10 лет.
В качестве основных расчетных характеристик для района приняты минимальный в году 10-ти суточный и суточный расходы воды, так как на исследуемой территории редко бывают периоды более 10-ти суток без выпадения осадков, или интенсивного таяния снежного покрова и ледников в горах [Владимиров, 1970]. Использование же в территориальном обобщении характеристики минимального 30-суточного стока не исключает влияния паводков, что не только завышает эту величину, но и обуславливает генетическую неоднородность минимального стока разных по водности лет, то есть сочетание различных вкладов подземных и поверхностных вод в формирование минимального стока рек.
По результатам наблюдений на постах Росгидромета выполнен расчет минимального в году 10-ти суточного и суточного стока рек с периодом наблюдений более 10 лет (для 17 постов). Определение расчетных минимальных расходов воды рек произведено согласно
требованиям СП 33-101-20032. В процессе статистической обработки рядов минимального стока выполнялась проверка данных на однородность (оценка экстремальных значений по статистическим критериям Диксона и Смирнова-Граббса) и станционарность (по критериям Стьюдента и Фишера). Из 17 постов с периодом наблюдений более 10 лет 9 пунктов имеют статистически неоднородные ряды. Для минимального стока рек вопрос неоднородности рядов наблюдений не имеет существенного значения, поскольку уже сама методика определения минимального периода предусматривает выделение генетически однородных величин стока. Если в продолжение всего сезона на реке проходят частые паводки, то соблюсти указанный принцип выделения периодов минимального стока невозможно и однородность ряда наблюдений нарушается. Минимальный сток в такие годы, как правило, наибольший. Его эмпирическая обеспеченность весьма мала, а соответствующие точки на клетчатке вероятностей отклоняются резко вверх от общего направления. Поэтому при наведении эмпирических кривых распределения вероятностей такие сильно отклоняющиеся точки учитывать нецелесообразно, тем более что при расчетах минимального стока верхняя часть кривой обеспеченности не представляет практического интереса, поскольку отражает наиболее благоприятные случаи в отношении водообеспечения. Но значительно отклоняющиеся точки в нижней части кривой обеспеченности после проверки их надежности и с учетом длительности ряда наблюдений, необходимо полностью учитывать. Результаты расчетов представлены в таблицах 1 и 2.
Режимные гидрологические посты на реках Черноморского побережья расположены крайне неравномерно и без учета гидрологических особенностей изучаемых районов. Поэтому для получения дополнительной информации по неизученным малым рекам и уточнения пространственной неоднородности минимального стока по рассматриваемой территории были выполнены в 2007 и 2008 гг. ФГБУ «ГГИ» две меженные гидрометрические съемки в 44 пунктах на реках, расположенных от г. Анапы до г. Адлера. Перечень рек с определенными площадями и средними высотами водосборов, а также результаты измерений расходов воды приведены в таблице 3.
2 СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М. Госстрой РФ, 2004. (далее - СП 33-101-2003)
Таблица 1. Минимальный 10-тн суточный расход еоды по постам Росгидромета
Tabk 1, Minimum 10-day ivater consumptioii at Roshydromet stations
№ Река-пост Средняя высота возосбора. м Площадь волос 5эр1. ku" Период наблюдении п 1 а Я б 1 j3 ^ й Средний многолетний расход воды. ы: с Cv Ci Cv Расходы воды различной вероятностью превышения. г: с
80% 90% 95%
1 р. Гастогай - ст-па Гастогаевсжая 106 1951-2000. 2009, 2010 50 0.032 1.04 0 0 0
2 р. Дюрсо- п. Абрау-Дюрсо 190 51.9 1948-76 29 0.047 0,55 2:0 Û:025 0,018 0,017
3 р. Адебра-п. Светлый 1966-96 24 0.053 0:53 -1 0,03 0,006* 0*
4 р. Вулан - п. Архипо-ОсиповЕа 240 265 1943-2002. 2009, 2010 56 0,29 0.65 0,14 0.097 0,071
р. 7}-апсе - г. Туапсе 390 351 193"?-99, 20Z9.. 2010 51 0,42 0.92 Z.ll" 0* 0*
6 р. Аше - г. Аше 570 2S2 1955-89 33 1,05 0,91 J Jj 0,27 0,12 0.012
п р. Куалсе - ущелье Маиедова Щель 3S0 14,6 1946-2010 57 0,034 0.7S 0,013 0,009 0,007
S р. Пзезуапсе - с. Татьянэвка 760 255 1955-91 36 1,41 0.34 -1 1,01 0,79 0,59
9 р. Ш^е - с. С о по к,-аул 1010 423 1936-2010 67 6,27 0.34 4 4,43 3,93 3:61
10 р. ГЗсий - с. Тук-аул 700 20.4 1946-87 41 0,19 0.42 1 z.yr 0,08* 0,06S
11 р. Западный Дагомыс - п. Дагоныс 3S0 49 1974-2006. 2009 32 0,19 0.62 0,09 0,05 0,027
12 р. Сочи - :■. Птаст.ньа S40 23 S 1936-2011 72 3 0,33 i 216 1,8 1,55
13 р. Сочи - г. Сочи 720 296 1936-2010 72 2,04 0.59 0 1,03 0,51 0,03
14 р. Хост! - г. Хоста 410 93,5 1936-2011 71 1,2 0,37 1 S:S2 0,65 0,57*
15 р. \1зьш1а - п. Краснач поляна 1670 510 1945-2003, 2011 59 9=5 0.19 т D 7,21 6,7
16 р. \1зь[ша- п. Кепш 13S0 79S 1936-67 32 13,3 0,2 £ 8,3* 3.25*
17 р. Мзыыта - п. Казачин брод 1340 S39 1967-2010 40 17,5 0:3 U 13,1 11,1 6:36*
Примечание: к - значение снято с эмпирической кривой ооеспеченности
Таблица 2. Минимальный суточный расход воды по постам Росгидромета Table 2. Minimum daily water consumption at Roshydromet stations
>2 Река-пос: Средняя высота водосбора. м Пдопадь водосбора. ы.:-: Период наблюдений и 1 е й 0 й § N 1 1 и Средний многолетий рас- КОД ЕЗДЫ. ы: с Cv Cs Cv Расксдь: веды различней вероятностью превышения. н: с
30% 90% 35%
1 р. Гастогай - ст-иа Гастогаевская 106 1951-2000, 2009. 2010 50 0,02 1:32 0 0 0
? ■ill р. Дк?рсо - п. Абрау-Дюрсо 190 51.9 1948-76 29 0,045 0,59 i 0,022 0,015 0,01
3 р. Адебра - п. Светлый 1966-96 24 0,04 0,71 0,06 0 0
4 р. Вулан - п. Архипо-Осиповка 240 26: 194 £-2002, 2009. 2010 56 0,26 0,80 2 0,09 0,047 0,018
í р. Туапсе - г. Туапсе 390 3:1 1337-99, 2009. 2010 50 0,23 1,1 0* 0*
6 р. Аше - п. Апе 570 282 1955-39 п п 2 - 0 ,56 1,07 2,5 0,17 0,13 0,101
7 р. Куапсе - }тцглъе Маиедова Щель 380 14Ó 1946-2010 57 0,027 0,79 2 0,01 0,005 0,003
S р. По «уал се - с. Гатьяновка 760 255 1955-91 36 1,22 0,37 0 0,54 0,65 0,49
9 р. Шахе - с. Солох-аул 1010 423 1926-2010 " 5,42 0,23 4,1 3,6 3,21
10 р. Псий- с. Тух-аул 700 2ZA 1946-37 41 0,17 0,39 1 0,09* 0,05* 0,067
11 р. Загадный Дагомыс - п. Дагомыс 380 49 1974-006. 2009 32 0,13 0,77 1,5 0,051 0,022 0,003
12 р. Сечи - с. Иисттак! S40 23 S 1927-2011 81 2,65 0,29 1,7* 1,52* 1,37
13 р. Сечи - Г. С 5ЧИ 720 296 1936-2010 72 1,61 0,66 1 0,71 0,32 0,043
14 р. Хоста - п. Хоста 410 33:5 1936-2011 68 1,07 0,37 0,5 0,74 0,57 0,44
р. >Лзьп.:та - п. Красная поляна 1670 510 1945-2001 2011 59 5.7 0,13 2 ■п 1П ■V 1 6,75 6,25
16 р. лЬзымта - п. Кепш 13 so 798 1936-67 31 12,1 0,27 5,22* 7,27* 7,11*
17 р. Мзыыта - п. Казачий 5рэд 1340 S3 9 1967-2010 40 14,7 0,33 7.53* 6.64* 5,0*
Примечание: к -значение снято с эмпирической кривой распределения
Таблица 3. Измеренные расходы воды в меженные периоды 2007 и 2008 годов
Table 3. Measured water consumption in the 2007 and 2008 interannual periods
Водоток Средняя высота водосбора, м Площадь водосбора, км2 2007 год 2008 год
Дата м3/с Дата м3/с
Левый приток Бешенки (ГЭС) 1534 3,64 19.10 0,13
Бешенка (у моста) 1393 4,89 19.10 0,005
Левый приток Бешенка (а/мост) 1381 6,3 19.10 0,19 20.10 0,42
Правый приток Бешенки (0,1 км от левого) 6 20.10 0,088
Бешенка - ниже моста 200м 1327 13,7 19.10 0,34 20.10 0,56
Бешенка - у водозабора 1293 14,8 19.10 0,27
Ачипсе - устье 141,2 20.10 9,49
Ачипсе - кордон Лаура (р-н гм/поста) 1520 135,17 19.10 3,74
Хоста - г. Хоста 410 94,85 20.10 1,11 20.10 3,9
Сочи - п. Пластунка 840 249,9 20.10 3,17 20.10 11,4
Кудепста у старого а/д моста 372 86,1 20.10 0,23 21.10 0,96
Мацеста у а/м моста 344 68,7 20.10 0,22 21.10 0,76
Хобза у а/м моста 253 21,42 20.10 0,06 21.10 0,37
б/н - у въезда в с. Солоники у а/м 367 1,9 20.10 0,005
Чухухт у а/м моста 389 14,4 20.10 0,061 21.10 0,17
Цусхведж у а/м моста 474 28,1 20.10 0,096 21.10 0,28
Неожиданная у а/м моста 9,36 21.10 0,04
Макопсе у а/м моста 372 39 21.10 0,054 21.10 0,24
Водопадный у а/м моста 225 2,3 21.10 0,0002 21.10 0
Вишневая у а/м моста 3,5 21.10 0,0035
Шуюк у а/м моста 342 10,9 21.10 0,019 21.10 0,037
Магри у а/м моста 191 4,33 21.10 0,0001 21.10 0,0035
Туапсе - Индюк 386 78,2 22.10 1,66
Туапсе - п.Индюк у ж.д.моста 386 111,5 21.10 0,095
Туапсе - проезд под ж.д ниже ПЦ 240,5 22.10 3,10
Туапсе - 4км от ГЭС вверх по теч. 398 313,7 21.10 0,38
Кабак у а/м моста 267 21,9 22.10 0,06
Ту у а/м моста 282 18,2 22.10 0,079
Бжид у а/м моста 213 7,35 21.10 0,007 22.10 0,020
Тешебс у а/м моста 233 13,47 21.10 0,004 22.10 0,0035
Текос - Архипо-Осиповка 224 86,8 21.10 0,043 22.10 0,23
Бетта у а/м моста 23,8 22.10 0
Аберда - п. Светлый 59,7 22.10 0
Хотецай - п. Джанхот 219 11,7 22.10 0,002 22.10 0,007
Джанхот - д. Прасковеевка 283 34,1 22.10 0,011 22.10 0,021
Джанхот - устье 49,3 22.10 0,013
Широкая Балка у а/м моста 205 15,3 23.10 0 22.10 0,0025
Озерейка у а/м моста 70,2 22.10 0,005 22.10 0,006
Дюрсо у а/м моста 194 51,9 22.10 0,031 22.10 0,003
Сукко у а/м моста 189 87,6 22.10 0,037 22.10 0,020
Деберкай у а/м моста 413 17,2 22.10 0,013
Шепси (150 м выше а/м моста) 365 54,5 21.10 0,039 22.10 0,14
Дедерка у а/м моста 413 17,2 21.10 0,013
Шахе - Солох-аул 423 22.10 10,0
Одновременно с измерениями стока на неизученных реках выполнены измерения расходов воды на постах Росгидромета с длительным периодом наблюдений, расположенных на реках Хоста, Сочи, Дюрсо. Это позволило определить водность периода проведения гидрометрической съемки по отношению к её многолетней изменчивости и осуществить приводку эпизодических измерений стока к расчетным значениям в соответствии с методикой, изложенной в работе3. Метеорологические условия проведения меженной гидрометрической съемки более благоприятные были в 2007 г, когда в течение сентября и октября почти не выпадали осадки (за исключением верховьев р. Мзымты). В 2008 г. дожди в период межени проходили периодически и на разных водосборах. Поэтому в приведении эпизодических данных измерений расходов воды к многолетним характеристикам использованы в основном результаты 2007 г., а результаты съемки 2008 г. использованы для корректировки оценки стока рек при районировании.
Результаты и обсуждения
По данным многолетних наблюдений на постах Росгидромета выполнен расчет минимального 10-ти суточного и суточного стока рек - среднего многолетнего; 80%, 90% и 95%-ной вероятностей превышения. Расчет стока неизученных рек выполнен по графикам связи измеренных расходов воды со средними многолетними, 80% и 95%-ной вероятности превышения минимальными 10-ти суточными расходами воды на реках-аналогах (постах Росгидромета) с коэффициентом корреляции 0,9. Результаты расчета характеристик минимального 10-ти суточного стока приведены в таблице 4.
3 Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений. СПб: Нестор-История, 2009. 194 с.
Таблица 4. Минимальный 10-ти суточный расход воды
Table 4. Minimum 10-day water consumption
Водоток Средняя высота водосбора, м Площадь водосбора, км2 Измеренный расход воды, м3/с Расход воды, м3/с Модуль, л/(с-км2)
средний многолетний 95%-ной вероятности превышения средний многолетний 95%-ной вероятности превышения
Левый приток Бешенки (ГЭС) 1534 3,64 0,13 0,133 0,064 36,4 17,7
Правый приток Бешенки у моста (стоянка а/м) 1381 6,3 0,19 0,194 0,094 30,8 14,9
Бешенка - ниже моста 350м осн. русло после впадения притоков справа 1327 13,65 0,34 0,347 0,168 25,4 12,3
Бешенка - у водозабора 1293 14,7 0,27 0,275 0,134 18,6 9,0
Ачипсе - кордон Лаура (р-н гм/поста) 1520 135,1 3,74 3,81 1,85 28,2 13,7
Кудепста у а/м (город) 372 86,1 0,23 0,235 0,114 2,7 1,3
Мацеста у а/м моста 344 68,7 0,22 0,224 0,109 3,3 1,6
Хобза у а/м моста 253 21,42 0,06 0,061 0,030 2,9 1,4
Чухухт у а/м моста 389 14,41 0,061 0,062 0,030 4,3 2,1
б/н -у въезда в с.Солоники у а/м 367 1,9 0,005 0,005 0,002 2,7 1,3
Цусхведж у а/м моста 474 28,0 0,096 0,098 0,048 3,5 1,7
Макопсе (выше а/м дороги) 372 39 0,054 0,055 0,027 1,4 0,7
Шуюк у а/м моста 342 10,9 0,019 0,019 0,009 1,8 0,9
Водопадный у а/м моста 225 2,3 0,0002 0 0 0,1 0
Магри (у поста ГАИ) 191 4,33 0,0001 0 0 0 0
Шепси (150м выше а/м моста) 365 54,4 0,039 0,040 0,019 0,7 0,4
Дедерка у а/м моста 413 17,2 0,013 0,013 0,006 0,8 0,4
Кабак у а/м моста 267 21,8 0 0 0 0
Ту у а/м моста 282 18,2 0 0 0 0
Бжид у а/м моста 213 7,35 0,007 0,007 0,003 1,0 0,5
Тешебс 233 13,4 0,004 0,004 0,002 0,3 0,1
Текос на выезде из Ар-хипо-Осиповки 224 86,7 0,043 0,044 0,021 0,5 0,2
Хотецай - п. Джамхот у а/м моста 219 11,7 0,002 0,002 0,001 0,2 0,1
Джанхот - п. Прасковец-кий 283 34,1 0,011 0,011 0,005 0,3 0,2
Озерейка - п. Глебовка 165 32,4 0,005 0,005 0,002 0,2 0,1
Дюрсо 194 51,9 0,031 0,032 0,015 0,6 0,2
Сукко - п. Сукко у а/м моста 189 87,6 0,037 0,038 0,018 0,4 0,2
Широкая Балка - устье 205 15,3 0 0 0 0 0
В распределении величин минимального стока рек по территории Черноморского побережья отмечены закономерности, имеющие общий характер, вытекающий из высотной зональности. Особенностью формирования минимального стока рек Черноморского побережья России является увеличение меженного стока с запада на юго-восток, что связано с изменением общей обводненности территории в этом направлении. Влияние гидрогеологического и климатического факторов проявляется при анализе величин и характера изменения низкого стока рек с высотой местности. Установлено, что до высоты водосбора около 700 м минимальные средние 10-ти суточные расходы воды изменяются в небольшом диапазоне (до 3 л/скм2). С повышением высоты местности выше этой отметки в речных бассейнах наблюдается заметный рост минимального речного стока, закономерно обусловленный ростом глубины эрозионного вреза русла и, соответственно, увеличением объемов дренирования реками бассейнов подземных вод, питание которых зависит от инфильтрации атмосферных осадков, растущих с высотой.
Полученная зависимость речного стока в маловодный период от средней высоты водосбора (рисунок 1) и увеличение речного стока с запада на восток взяты за основу географо-гидрологического районирования территории по минимальному 10-ти суточному стоку рек 80%-ной вероятности превышения.
Рисунок 1. Графики связи модуля минимального 10-ти суточного стока рек 80%-ной вероятности превышения (Мю-сут 80%) со средней высотой водосбора (Нср) Figure 1. Graphs of the connection module of the minimum 10-day river flow 80% probability of exceeding (Mi0-day 80%) with an average catchment height of (Hav)
В результате серий расчетов по определению площадей и средних высот водосборов на измеренных реках, расчетов обеспеченных значений стока рек на постах Росгидромета и измеренных реках по методике из работы4 был получен набор данных по 45 пунктам.
На первом этапе районирования было выполнено выделение районов по однотипности физико-географических и климатических условий формирования стока рек. Второй этап включал в себя корректировку границ районов и выделение подрайонов с учетом пространственного изменения величины модулей речного стока. Так как большая часть территории не была охвачена полевыми работами, полученная связь Мю-сут 80%=А(Н=р) была использована для оценок пространственного изменения величин стока необследованных рек путем определения их средней высоты водосбора. Неоднородность рельефа и высотно-климатическая зональность являются причинами существенных отличий в условиях формирования стока рек Черноморского побережья. Широкий диапазон изменений модулей минимального стока рек из-за сложности гидрогеологических и гидрографических условий горных районов и их слабая гидрологическая изученность не позволяет выполнить детальное районирование территории способом изолиний. Поэтому районирование произведено способом количественного фона [Топчилов, Ромашова, Николаева, 2009]. Проведение границ районов осуществлялось с учетом границ водоразделов и высоты местности, а также исходя из гидрологической изученности территории.
Согласно с п. 7.63 в СП 33-101-2003 «в горных районах минимальный сток следует определять по графической зависимости модуля минимального 30-суточного стока от средней высоты водосбора. Дополнительным параметром для водосборов со средней высотой до 2 500 м может служить площадь водосбора». Как показал анализ исходной информации по изученным рекам удовлетворительная связь минимального стока с площадью водосбора отсутствует. Сравнение результатов расчета минимального 10-ти суточного стока для неизученных рек, выполненного по его связи со средней высотой водосбора на изученных реках (рисунок 1) с расчетами, в которых учтены эпизодические измерения меженных расходов воды, показало на существенное уточнение (в 1,5-2 раза) характеристик минимального стока на неизученных реках.
Полученные результаты расчетов по данным гидрологических наблюдений на постах Росгидромета и меженных гидрометрических съемок позволили выполнить районирование
4 Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений. СПб: Нестор-История, 2009. 194 с.
территории по величине модулей минимального в году 10-ти суточного стока рек 80%-ной вероятности превышения (рисунок 2).
Рисунок 2. Районирование территории по минимальному в году 10-ти суточному стоку рек 80%-ной вероятности превышения (л/с-км2) Figure 2. Zoning of the territory by the minimum annual 10-day river flow of 80% probability of exceeding (l/s-km2)
Всего на территории было выделено 4 района, разделенные на две высотные зоны по высоте местности до 700 м и выше. Большие величины минимального стока рек наблюдаются в высокогорных районах. Ниже приводится краткое описание гидрологических районов и оценка их водообильности из работ [Гидрогеология СССР, 1968; Клименко, 1979; Гуревич, Виноградов, 2009].
Район 1 занимает узкую полосу вдоль Черного моря - от р. Сукко до междуречья рек Небуг и Агой. Район отличается низкими величинами атмосферных осадков и значительным испарением. Годовое количество осадков изменяется от 400 до 1000 мм. В режиме осадков выделяется зимний максимум. Здесь характерна летне-осенняя межень. Модуль минимального стока рек в маловодные годы составляет обычно меньше 0,5 л/с-км2. Коэффициент вариации (Cv) минимального 10-ти суточного стока изменяется в большом диапазоне 0,5-1,1, что свидетельствует о неравномерном питании рек.
Район 2 занимает низкогорную часть рассматриваемой территории, которая отличается достаточно низкой обводненностью по сравнению с высокогорными районами. Доля меженного стока от общего речного составляет около 1%. Коэффициент вариации (Cv) минимального 10-ти суточного стока изменяется от 0,8 до 1,0. Территория района является пограничной между двумя климатическими зонами: субтропического средиземноморского типа и субтропического влажного.
Причиной формирования этих двух различных типов климата является рельеф, точнее - высота гор. До города Туапсе их высота не поднимается выше 1000 м, и они не являются серьезным орографическим барьером для влагонесущих потоков воздушных масс с юго-запада. После Туапсе высота гор достигает 3000 и более метров. На западных наветренных склонах гор этого района весь год выпадает большое количество осадков [Клименко, 1979; Гуревич, Виноградов, 2009]. Однако, причиной малой водности рек Туапсинского района являются не только высотный фактор, но и влияние интенсивной эксплуатации ресурсов подземных вод на Туапсинском и Сочинском водозаборах. В результате водохозяйственных мероприятий с середины 60-х годов прошлого века здесь наблюдалось снижение уровней подземных вод, вследствие чего в летнее время происходило соединение депрессионных воронок обоих водозаборов и образование общей депрессионной воронки, снижающей речной сток [Клименко, 1979].
Район 3 - междуречье р. Шепси и р. Сочи. Эта часть побережья является более увлажненной. Годовое количество осадков колеблется от 1500 до 2300 мм. Восточнее Туапсе диапазон высот больше, поэтому в районе 3 выделены предгорная зона с высотой до 700 м (район 3 а) и горная зоны со средней высотой водосбора более 700 м (район 3б). Как и в районах 1 и 2, реки района имеют смешанное питание при преобладании атмосферного. Модуль минимального 10-ти суточного стока 80%-ной вероятности превышения в предгорном районе составляет 1-2 л-с/км2, Cv =0,3-0,7. В горном районе наблюдается его увеличение до 8 л/с км2.
Район 3, разделенный на две основные высотные зоны, в целом характеризуется повышенным подземным питанием рек. Хорошо развитая дренирующая гидрографическая сеть и интенсивная трещиноватость создают здесь наиболее благоприятные условия питания рек подземными водами в маловодный период. Коэффициент вариации минимального стока рек здесь низкий - 0,2-0,3 и изменяется в небольшом диапазоне. из-за разнообразия климатических и физико-географических условий сроки наступления и продолжительность меженного периода на реках различны.
В низко- и среднегорной части района 4 - междуречье р. Сочи и р. Псоу, преобладает летне-осенняя межень с Мю-сут 80%=3-9 л-с/км2. В пределах Большого Сочи, в междуречье Мацеста-Хоста располагается Ахунский карстовый массив. Поэтому режим минимального стока местных рек находится под влиянием карстовых явлений, что выражается в интенсивном поглощении поверхностных вод зонами тектонических нарушений и развития карста. Кроме того, отдельные водосборные бассейны отличаются специфическим рельефом, создающим неравномерность в распределении осадков по территории и значительные различия в увлажнении по отдельным участкам рек. Для высокогорной части бассейна р. Мзымта района 4 характерна осенне-зимняя межень. На хребте Ачишхо выпадает наибольшее количество осадков - до 3200 мм в год, толщина снега достигает 10 м. Снежный покров обычно устанавливается в конце сентября - начале октября и лежит 6-7 месяцев. Среди бассейнов черноморских рек данный район отличается значительным подземным питанием.
Сроки маловодных периодов на реках очень разнообразны [Владимиров, 1970; Wrzesinski, 2015]. Для анализа возможности наступления маловодья на реках и в практике планирования использования водных ресурсов могут возникать вопросы о повторяемости очень маловодных периодов [Шикломанов, 1988; Medeiros, Maia, Medeiros, 2019]. Для района исследований выполнен анализ повторяемости минимальных 10-ти суточных расходов воды вероятности превышения >80%. Строгой повторяемости экстремумов минимального стока рек не проявляется, но есть общие тенденции. В целом по территории очень низкий сток рек наблюдался до 1980 года, но отдельные реки выпадают из общего правила. Например, на р. Шахе почти 70% случаев низкой межени проходили после 1980 г. Рисунок 3 показывает повторяемость количества случаев маловодных лет (в %) с расходами воды вероятностью превышения >80%, которые наблюдались на реках в отдельный год, через год, 2 года подряд, 3 года подряд.
Полученная величина представляет собой отношение суммарного в группе рек числа случаев минимального стока рек вероятность превышения >80 % в данной категории (1 год, 2 года и т.д.) к общему числу случаев низкого стока в реках в межень. Наиболее часто повторяющаяся категория маловодных лет - «одиночный год» (-78% случаев). Очень редко наблюдаются годы с низкой водностью в категориях 2-3 года подряд (5-8% случаев).
Рисунок 3. Повторяемость минимального 10-ти суточного стока рек вероятностью превышения >80% Figure 3. Repeatability of minimum 10-day river flow probability of exceeding P>80%
Неблагоприятная гидрологическая ситуация складывается, когда маловодные летние периоды повторяются через 1-2 года или два-три года подряд. В эти годы, как правило, наблюдаются низкие зимняя межень и весеннее половодье.
Заключение
На реках Черноморского побережья в настоящее время функционирует всего 8 гидрологических постов. Десятки рек этого региона не освещены данными наблюдений. Метод аналогии для определения расчетных гидрологических характеристик при отсутствие данных наблюдений здесь использовать сложно, так как природные условия формирования стока, особенно минимального, существенно различаются в горных речных бассейнах.
Отличительные черты в формировании минимального стока на 25 реках района выявлены на основе гидрометрической съемки, выполненной в период устойчивой межени. Использование этих данных позволило уточнить расчетные значения минимального 10-ти суточного стока основных неизученных рек Черноморского побережья.
На основе данных гидрологических наблюдений на постах Росгидромета и результатов меженных гидрометрических съемок выполнено районирование территории по величине модулей минимального в году 10-ти суточного стока 80%-ной вероятности превышения.
Это районирование позволяет оценить пространственное разнообразие стока неизученных рек и получить оценки состояния водных ресурсов в маловодный период. Результаты исследований могут быть использованы при оценке не только минимального стока
неизученных рек, но и для гидрологического обоснования оценки естественных ресурсов подземных вод отдельных речных бассейнов Причерноморья.
Литература References
Владимиров А.М. Минимальный Gidrogeologiya SSSR: v 46 t. Tom 9: Severnyi Kavkaz
сток рек СССР. Л.: Гидрометеоиз- [Hydrogeology of the USSR: in 46 vol. Volume 9: North-
дат, 1970. 214 с. ern Caucasia]. N.A. Grigor'ev (ed.). Moscow,
^ n nnnn лл т n Publ. Nedra, 1968. 488 p. (In Russian).
гидрогеология СССР: в 46 т. Том 9: ' ^ v '
Северный Кавказ / Под ред. Gurevich E.V., Vinogradov A.Yu. Analiz minimal'nogo
Н.А. Григорьева. М.: Недра, 1968. stoka rek Chernomorskogo poberezh'ya Kavkaza v
488 с. svyazi s vozrastayushchei antropogennoi nagruzkoi
^ Z7DD л л тгл \ [Analysis of the minimum flow of rivers of the black sea
гуревич Е.В., Виноградов А.Ю. Ана- L J
coast of the Caucasus in connection with the increasing лиз минимального стока рек Черно- °
г Т, anthropogenic load! Estestvennye i tekhnicheskie nauki
морского побережья Кавказа в связи ^ ° J ^
[Natural and technical sciences]. 2009, no. 4(42), с возрастающей антропогенной L J ' v "
"//-,-. pp. 175-178. (In Russian). нагрузкой // Естественные и техни- ^ v '
ческие науки. 2009. №4(42). Klimenko V.I, Kukanov V.M., Prokofev S.S. Pod-
С. 175-178. zemnye vody Chernomorskogo poberezh'ya Kavkaza i
Tf r> tj тг d д 4 n ikh okhrana [Underground waters of the black sea coast
Клименко В.И, Куканов В.М., проко- L ° J
л. r* r* тг тт of the Caucasus and their protection]. Moscow, Nauka
фьев С.С. Подземные воды Черно- J t- j ■>
б К Publ., 1979. 100 р. (In Russian).
морского побережья Кавказа и их
охрана. М: Наука, 1979. 100 с. Posobie po opredeleniyu raschetnykh gidrologicheskikh
-n z ч kharakteristik [A guide to the determination of calcu-
пособие по определению расчетных L ° J
ч lated hydrological characteristics]. Leningrad, Hydro-гидрологических характеристик. J ° J b ' J
Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с. meteoizdat Publ, 1984. 448 p. (In Russian).
rr л n или Topchilov M.A., Romashova L.A., Nikolaeva O.N. Kar-
1опчилов М.А., Ромашова Л.А., Ни- ^ ' '
-о тт jr j, к tografiya [Mapping]. Novosibirsk, Publ. of SSGA, 2009.
колаева О.Н. Картография: учебно- ь j j l t-t- ы ■> ■>
г* тт r* 109 p. (In Russian). метод. пособие. Новосибирск: ^ v '
СГГА, 2009. 109 с. Shiklomanov I.A. Issledovanie vodnykh resursov sushi:
itogi, problemy, perspektivy [Land water resources Re-
ГИДРОСФЕРА. ОПАСНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ Т0М 1, ВЬ111.3 2019
Шикломанов И.А. Исследование search: results, problems, prospects]. Leningrad, Hydra-
водных ресурсов суши: итоги, про- meteoizdat Publ., 1988. 152 p. (In Russian; abstract in
блемы, перспективы. Л.: Гидроме- English).
теоиздат, 1988. 152 с. Medeiros, G.C.S. de, Maia, A.G., Medeiros, J.D.F. de
Medeiros, G.C.S. de, Maia, A.G., Assessment of Two Different Methods in Predicting Hy-
Medeiros, J.D.F. de Assessment of drological Drought from the Perspective of Water De-
Two Different Methods in Predicting mand. Water Resources Management, 2019, vol. 33,
Hydrological Drought from the Per- iss. 5, pp. 1851-1865. DOI: 10.1007/s 11269-019-02218-7
spective of Water Demand. Water Re Vladimirov A.M. Minimal'nyi stok rek SSSR [Minimum
sources Management. 2019. Vol. 33. „ rrTTwm т a u a
° flow of the rivers of the USSR]. Leningrad, Hydromete-
Iss. 5. P. 1851-1865. oizdat Publ., 1970. 214 p. (In Russian).
DOI: 10.1007/s 11269-019-02218-7
Wrzesinski D. Stability of high and low flow periods on
Wrzesinski D. Stability of high and low • dj t---
J b European rivers. Badania Fizjograficzne. Seria A. Geo-
fl°w periods on European rivers. Bada- grafia Fizyczna, 2015, vol. 66, pp. 183-194.
nia Fizjograficzne. Seria A. Geografia DOI: 10.14746/bfg 2015.614
Fizyczna. 2015. Vol. 66. P. 183-194.
DOI: 10.14746/bfg.2015.6.14
