Научная статья на тему 'Многолетние изменения гидроклиматических условий в бассейне реки Чая (Западная Сибирь)'

Многолетние изменения гидроклиматических условий в бассейне реки Чая (Западная Сибирь) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
581
84
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ / ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ / РЕКА ЧАЯ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Савичев О. Г., Харанжевская Ю. А.

Приведены результаты статистического анализа изменений среднегодовых значений расходов речных вод и их подземной составляющей, уровней речных, болотных и подземных вод, температуры приземных слоев воздуха и годового атмосферного увлажнения в бассейне крупного левого притока р. Обь р. Чая (Западная Сибирь). Установлено, что с 1950-1960-х гг. происходит увеличение нормы подземной составляющей годового стока р. Чая, суммарного и подземного стока pp. Икса и Бакчар, уровней речных и подземных вод. Изменение суммарного и подземного стока превышает 10 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Савичев О. Г., Харанжевская Ю. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

LONG-TERM CHANGES OF HYDROCLIMATIC CONDITIONS IN THE BASIN OF THE RIVER CHAYA (WESTERN SIBERIA)

The results of statistical analysis of changes in annual average values of discharges of river waters and their underground component, levels of river, marsh and underground waters, temperature of surface air and annual atmospheric humidification in the basin of the large left inflow of the river Ob river Chaya (Western Siberia) are resulted. It is established, that starting from 1950,h-1960,h there is an increase in the norm of the underground component of an annual flow of the river Chaya, in the total and underground flow of rivers Iksa and Bakchar, and in the level of river and underground waters. Change of the total and underground flow exceeds 10 %.

Текст научной работы на тему «Многолетние изменения гидроклиматических условий в бассейне реки Чая (Западная Сибирь)»

Гидрогеология

УДК 550.42:577.4(571.1)

МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В БАССЕЙНЕ РЕКИ ЧАЯ (ЗАПАДНАЯ СИБИРЬ)

О.Г. Савичев, Ю.А. Харанжевская*

Томский политехнический университет E-mail: OSavichev@mail.ru *Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа СО РАСХН, г. Томск

Приведены результаты статистического анализа изменений среднегодовых значений расходов речных вод и их подземной составляющей, уровней речных, болотных и подземных вод, температуры приземных слоев воздуха и годового атмосферного увлажнения в бассейне крупного левого притока р. Обь - р. Чая (Западная Сибирь). Установлено, что с 1950~1960-х гг. происходит увеличение нормы подземной составляющей годового стока р. Чая, суммарного и подземного стока рр. Икса и Бакчар, уровней речных и подземных вод. Изменение суммарного и подземного стока превышает 10 %.

Ключевые слова:

Изменение гидроклиматических условий, Западная Сибирь, река Чая.

Введение

Проблема глобальных изменений окружающей среды и климата в настоящее время является одной из важнейших проблем, рассматриваемых науками о Земле, поскольку от ее решения в значительной степени зависит выбор стратегии развития как отдельных стран, включая Российскую Федерацию, так и всего международного сообщества. Так, наблюдаемый в последние десятилетия рост температуры приземных слоев воздуха стал причиной ратификации в 2005 г. целым рядом государств Киотского соглашения, предусматривающего существенное сокращение выбросов в атмосферу парниковых газов, что неизбежно повлечет за собой изменения в структуре и интенсивности развития экономического потенциала [1]. Существует целый ряд и других предложений по ограничению или перепрофилированию хозяйственной деятельности на территории отдельных стран и их политических объединений. С учетом этого становится очевидной актуальность оценки изменений состояния крупных геосистем и выявления причин, обусловивших эти изменения.

Необходимость в подобных исследованиях существует и в случае средней части бассейна р. Обь, в пределах которой авторами работ [2-8] были отмечены статистически значимые изменения гидрометеорологических и гидрогеологических условий. Аналогичные изменения были выявлены для крупного левобережного притока Оби - реки Чая, водосбор которой расположен в границах одного из

самых больших болот в мире - Васюганского. Для ее водосбора характерны следующие особенности. Во-первых, указанная территория крайне мало населена и освоена в хозяйственном отношении. Во-вторых, водосбор р. Чая отличается высокой заболоченностью и широким распространением верховых болот (рисунок). Таким образом, антропогенное влияние на отмеченное изменение стока если и имеется, то в неявной и существенно видоизмененной форме. С учетом этого, а также в предположении возможного усиления в будущем хозяйственной деятельности на данной территории и определило цель рассматриваемой работы - исследование многолетних изменений гидроклиматических условий.

Исходные данные и методика исследования

Исходной информацией для проведения исследований послужили: 1) материалы наблюдений Росгидромета за расходами и уровнями воды р. Чая у с. Подгорное с 1933 по 2006 гг., р. Бакчар у с. Горелый с 1959 по 2006 гг., р. Икса у с. Плотниково с 1933 по 2006 гг., р. Ключ у с. Полынянка с 1973 по

2006 гг.; 2) данные об уровнях грунтовых вод с террасовым и междуречным видом режима, полученные с 1965 по 1995 гг. Томской геологоразведочной экспедицией (ТГРЭ), ас 1996 по 2005 гг. ОАО «Томскгеомониторинг» на режимных скважинах государственной наблюдательной сети в рамках ведения мониторинга геологической среды на территории Томской области; 3) материалы наблюдений за уровнями болотных вод на естественном верхо-

вом болоте в пределах северо-восточных отрогов Васюганского болота, проводимых Сибирским НИИ сельского хозяйства и торфа с 1998 по

2007 гг.; 4) материалы наблюдений Росгидромета за температурой приземных слоев воздуха и атмосферными осадками на метеостанциях у г. Колпа-шево, сел Бакчар и Подгорное с 1936 по 2006 гг.

Рисунок. Схема расположения водосбора р. Чая. Пункты наблюдений: 1) за уровнями и расходами речных вод; 2) за уровнями подземных вод; 3) за уровнями болотных вод; 4) метеорологических

Величина подземного стока определялась как сумма среднемесячных значений подземного водного стока QшЬ которые с декабря по март принимались равными среднемесячному водному стоку рек, а в прочие месяцы - вычислялись линейной интерполяцией по формуле:

0, ф + (• 3) О-декабръ О'март

подз. ¿¿март У ' 9 ’

где QMарт и Qдeкабрь - среднемесячные значения водного стока рек в марте и декабре, соответственно; I -номер рассматриваемого календарного месяца [5].

Методика исследования многолетних гидроклиматических изменений в бассейне р. Чая включала в себя, во-первых, проверку нулевых гипотез о: 1) случайности рядов наблюдений с помощью критерия Питмена пи с использованием линейной модели вида У=аТ+Ь, где У - исследуемая величина; Т - календарный год; а и Ь - эмпирические константы; 2) их однородности с помощью критериев Уилкоксона V, Стьюдента I и Фишера В Вывод о неслучайном изменении или нарушении однородности рядов делался при уровне значимости а=5 % в случае, когда расчетная статистика (п, I, В) по модулю превышала соответствующее критическое значение (пкр, 1кр, Вкр) или (для V) выходила за допустимые границы (VI, V,). Дополнительно вычислялись коэффициенты автокорреляции г(1) со сдвигом 1 год и погрешности их расчета

г*г(1-г 2)/(^-1)°,5.

Более подробно используемая методика статистического анализа гидрометеоинформации изложена в [2].

Результаты исследований и их обсуждение

Проверка полных и усеченных (с 1960 по 2006 гг.) гидрометеорологических рядов на случайность позволила выявить статистически значимое увеличение среднегодовых значений подземной составляющей стока р. Чая, уровней грунтовых вод в районе с. Подгорное (как в долине р. Чая, так и непосредственно на водосборе), температуры приземных слоев атмосферного воздуха и годовых атмосферных осадков на метеостанции Колпашево (табл. 1).

В процессе последующей проверки на однородность отмечено существенное увеличение в последние 2-4 десятилетия дисперсии и нормы среднегодовых уровней и расходов воды (включая подземную составляющую речного стока) р. Чая и ее притоков - рр. Икса, Бакчар и Ключ (табл. 2). При этом следует отметить два важных момента. Во-первых, в изменении подземной составляющей стока р. Чая и среднегодовых уровней воды р. Икса выделены три периода, связанных со снижением подземного стока р. Чая в 1950-1960-е гг. и увеличением дисперсии уровней воды р. Икса в 1960-1990 гг. по сравнению с предыдущим периодом наблюдений, начиная примерно с середины 1930-х гг. В последние десятилетия подземный сток р. Чая заметно увеличился и практически достиг уровня 1930-1940-х гг. В изменении среднегодовых уровней р. Икса также отмечено увеличении и нормы, и дисперсии среднегодовых уровней воды.

Во-вторых, нарушения однородности гидрологических рядов, полученных непосредственно на р. Чая, несколько опережают по времени нарушения однородности рядов по ее притокам. С учетом этого можно предположить, что наблюдаемые изменения водного режима рассматриваемой территории связаны не с постепенным накоплением соответствующих изменений на локальных водосборах, а с какими-либо более масштабными (региональными) процессами. Необходимо отметить, что наряду с увеличением нормы и дисперсии рр. Чая, Бакчар и Икса выявлено значимое уменьшение дисперсии среднегодовых расходов воды р. Ключ - малого водотока, сток которого целиком формируется в пределах северо-восточного отрога Васюганского болота. Можно предположить, что этот факт связан с преобладанием аккумуляцией воды в водосборе над её стоком в условиях прогрессирующего заболачивания региона, либо с увеличением суммарного испарения.

Для выявления причинно-следственных связей наблюдаемых изменений расходов и уровней воды был выполнен статистический анализ климатических характеристик по трем метеостанциям, подтвердивший выводы ряда авторов [3, 4] о постепенном увеличении температуры приземных слоев воздуха.

Таблица 1. Результаты проверки рядов1 среднегодовых значений гидрологических, гидрогеологических и метеорологических показателей на случайность (при уровне значимости а=5 %)

Показатель Период Г(1) 5г(1) п пкр

Среднегодовой расход воды р. Чая у с. Подгорное, <Згс(Ч) 1936-2006 0,46 0,09 1,84 2,29

1960-2006 0,39 0,12 0,15 2,32

Подземная составляющая стока р. Чая у с. Подгорное, Огп(Ч) 1936-2006 0,519 0,087 -0,315 2,29

1960-2006 0,49 0,11 5,53 2,32

Уровень воды р. Чая у с. Подгорное, Нг(Ч) 1936-2006 0,48 0,09 3,33 2,29

1960-2006 0,47 0,11 0,82 2,32

Среднегодовой расход воды р. Бакчар у с. Горелый2, <Згс(Б) 1936-2006 0,43 0,10 1,79 2,29

1960-2006 0,36 0,13 0,25 2,32

Подземная составляющая стока р. Бакчар у с. Горелый, Огп(Б) 1960-2002 0,51 0,11 1,48 2,33

Уровень воды р. Бакчар у с. Горелый2, Нг(Б) 1936-2006 0,40 0,10 2,52 2,29

1960-2006 0,35 0,13 0,65 2,32

Среднегодовой расход воды р. Икса у с. Плотниково, ^гс(И) 1933-2006 0,48 0,09 0,52 2,29

1960-2006 0,41 0,12 2,08 2,32

Подземная составляющая стока р. Икса у с. Плотниково, Огп(И) 1933-2006 0,26 0,11 3,15 2,29

1960-2006 0,17 0,14 1,64 2,32

Уровень воды р. Икса у с. Плотниково, Нг(И) 1933-2006 0,41 0,10 0,73 2,29

1960-2006 0,35 0,13 2,29 2,32

Среднегодовой расход воды р. Ключ у с. Полынянка, ^гс(К) 1973-2006 0,25 0,16 -0,96 2,35

Уровень воды р. Ключ у с. Полынянка, Нг(К) 1973-2006 0,26 0,16 -0,15 2,35

Уровень грунтовых вод у с. Подгорное в долине р. Чая, Нгт(П), м БС 1965-2005 0,61 0,10 3,55 2,33

Уровень грунтовых вод в районе с. Подгорное на междуречье рек Чая и Обь, Нгм(П) 1965-2005 0,74 0,07 3,78 2,33

Уровень болотных вод у с. Полынянка (Васюганское болото, сосново-кустарничко-во-сфагновый биогеоценоз), Н6(П) 1998-2007 -0,40 0,15 0,75 2,75

Температура приземных слоев воздуха у с. Колпашево, Га(К) 1936-2006 0,15 0,12 3,11 2,29

Температура приземных слоев воздуха у с. Подгорное, Та(П) 1986-2006 0,17 0,22 1,39 2,43

Температура приземных слоев воздуха у с. Бакчар, Та(Б) 1970-2006 0,12 0,17 2,30 2,34

Сумма атмосферных осадков у с. Колпашево, Х(К) 1936-2006 0,26 0,11 2,46 2,29

Сумма атмосферных осадков у с. Подгорное, Х(П) 1986-2006 -0,06 0,22 1,53 2,43

Сумма атмосферных осадков у с. Бакчар, Х(Б) 1970-2006 0,11 0,17 -0,41 2,34

'Полужирным шрифтом выделены значения критерия Питме-на, свидетельствующие о наличии линейных трендов (при отрицательном значении критерия - снижение, при положительном - возрастание).

2Ряды восстановлены по реке-аналогу (р. Чая)

Таблица 2. Результаты проверки рядов' среднегодовых значений гидрологических, гидрогеологических и метеорологических показателей на однородность (при а=5 %)

Показатель Период А а № № №2 t F

Сгс(Ч), 1936-1957 61,4 18,9 705 355 723 2,12 2,29 3,13

м3/с 1958-2006 71,8 33,4

0,(Ч), м3/с 1936-1951 30,8 6,49 696 274 606 4,17 1,92 1,86

1952-1983 22,3 3,82 2,29

1984-2006 27,8 3,81 350 366 738 1,87 2,72 1,92

Нг(Ч), м БС 1936-1968 62,2 0,35 976 428 826 4,65 2,29 2,11 1,76

1969-2006 63,1 0,51

Сгс(Б), 1936-1958 14,1 5,07 701 366 738 2,12 2,29 2 3, 1,77

м3/с 1959-2006 18,7 9,66

0,(Б), 1960-1984 3,81 0,58 304 130 320 8 ГЧ 2,33 9,10 2,19

м3/с 1985-2002 4,76 1,75

Нг(Б), м БС 1936-1959 70,9 0,22 775 376 752 2,71 2,29 4 О 3, 1,77

1960-2006 71,20 0,38

Сгс(И), 1933-1995 6,46 3,82 509 196 497 6 О 3, 2,29 1,62 2,62

м3/с 1996-2006 10,5 4,86

0,(И), 1933-1969 0,37 0,19 1036 473 896 4,14 2,29 4,38 1,74

м3/с 1970-2006 0,68 0,41

Нг(И), м БС 1933-1966 100,5 0,19 691 469 891 0,34 4 ,8 2, 1,73

1967-1995 100,4 0,29 2,29

1996-2006 100,7 0,34 5 5 196 497 3,15 1,93 2,62

Сгс(К), 1973-1987 0,20 0,15 160 74 211 1,26 2,35 4,10 2,28

м3/с 1988-2006 0,15 0,08

Нг(К), м БС 1973-2006 99,8 0,26 126 76 213 0,05 2,35 1,43 2,33

Нгт(П), м 1965-1976 63,96 0,66 9 ГЧ 97,6 226,4 2,33 1,20 2,15

БС 1977-2005 64,42 0,55

НгМ(П), м 1965-1974 69,67 0,36 2 О ОО 84,1 205,9 2,59 2,57 1,05 2,40

БС 1975-2005 70,04 0,28

Нб(П), см 1998-2007 -1,00 6,24 11 -0,665 25,7 1,10 2,75 1,06 6,39

Та(К), °С 1936-1977 -0,5 1,03 940 413 805 4,25 2,29 1,06 1,81

1978-2006 -0,4 1,02

Та(Б), °С 1970-1987 -0,4 1,0 77 88 236 2,57 2,34 2,44 2,23

1988-2006 0,4 0,67

Х(К), мм 1936-1969 467 60,1 859 430 828 2,74 2,29 1,41 1,76

1970-2006 512 72,9

Х(Б), мм 1970-2006 470 87 151 88 236 0,52 2,34 1,17 2,26

'Полужирным шрифтом выделены значения критериев, свидетельствующие о нарушении однородности. А - среднее, а -стандартное отклнение

В многолетнем изменении годовых за год осадков существенное изменение суммы годовых атмосферных осадков зафиксировано только в г. Колпашево, причем значимые корреляционные связи атмосферного увлажнения по данным соответствующей метеостанции выявлены только с изменениями уровней болотных вод на междуречье рр. Икса и Бакчар. Незначительная корреляция отмечена между среднегодовыми значениями расходов воды р. Бакчар и годовой суммой осадков у с. Бакчар, норма которых в последние 36 лет существенно не менялась (табл. 3).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Корреляционные связи со среднегодовой температурой воздуха не выявлены вовсе. Таким образом, увеличение среднегодовых расходов и уровней подземных и речных вод в бассейне р. Чая по имеющимся данным не может быть однозначно связано с соответствующими изменениями среднегодовой температуры атмосферного воздуха и годовой суммой атмосферных осадков. В то же время можно предположить, что более заметное влияние

Таблица 3. Статистически значимые коэффициенты корреляции между среднегодовыми значениями гидрологических, гидрогеологических и метеорологических показателей

Пара- метр П~ СУ п~ СУ !Т а: Б) СУ Б) с! ш 5т з: с? 31 с! 31 1= 1=

^гс(Ч) 1,00

Огп(Ч) - 1,00

Нг(Ч) 0,86 - 1,00

Ргс(Б) 0,97 - 0,80 1,00

Qгп(Б) 0,51 - - 0,65 1,00

Нг(Б) 0,86 - 0,93 0,84 - 1,00

Qгс(И) 0,72 0,62 0,68 0,75 0,54 0,69 1,00 - - - -

Qгп(И) - - - - - - - 1,00 - - -

Нг(И) 0,64 0,60 0,68 0,65 - 0,70 0,89 0,48 1,00 - -

Нгт(П) 0,85 0,66 0,82 0,85 0,59 0,78 0,81 - 0,74 1,00 -

Н6(П) 0,83 - 0,65 0,82 0,74 0,66 0,84 0,83 0,73 0,48 1,00

Х(К) 0,61

Х(Б) - - - 0,54 0,50 0,52

Х(П) 0,51

на гидрологические и гидрогеологические условия имеет внутригодовое перераспределение атмосферного увлажнения и смещение границ гидрологических сезонов, для изучения которых требуется

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Страны мира по выбросам углекислого газа в атмосферу / Под ред. В.Г. Голдинова // Экологическая безопасность. Технологии города. Управление отходами. - 2005. - № 1. - С. 66-69.

2. Земцов В.А., Паромов В.В., Савичев О.Г Изменения водного стока крупных рек юга Западной Сибири в XX столетии // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Матер. Всерос. научн. конф. - Томск: Изд-во НТЛ, 2000. - С. 321-324.

3. Региональный мониторинг атмосферы. Ч. 4. Природно-климатические изменения / Под ред. чл.-корр. РАН М.В. Кабанова. - Томск: МГП «РАСКО», 2000. - 269 с.

4. Ипполитов И.И., Кабанов М.В., Комаров А.И., Кусков А.И. Структура и динамика поля температуры в районе Большого Васюганского болота // Большое Васюганское болото. Современное состояние и процессы развития. - Томск: ИМКЭС СО РАН, 2002. - С. 111-122.

дополнительный анализ среднемесячных или среднедекадных данных.

Заключение

Выявлено статистически значимое изменение водного режима бассейна р. Чая (Томская область), проявляющееся в увеличении нормы и/или дисперсии суммарного речного стока и его подземной составляющей, уровней подземных и речных вод. Эти изменения, предположительно, объясняются не изменением среднегодовых значений температуры воздуха и годовых сумм атмосферных осадков, а внутригодовым перераспределением атмосферного увлажнения и смещением границ гидрологических сезонов. Возможными причинами увеличения стока также являются, во-первых, увеличение температуры подземных вод и, следовательно, рост коэффициентов фильтрации за счет снижения вязкости воды. Во-вторых, аккумуляция наносов и подпор от р. Обь в нижнем течении р. Чая может привести к дополнительной аккумуляции влаги в водосборном бассейне и активизации заболачивания рассматриваемой территории. В-третьих, нельзя исключать вероятность региональных колебаний уровней подземных вод, проявляющихся, по крайней мере, в пределах большей части Томской области.

5. Савичев О.Г Реки Томской области: состояние, использование и охрана. - Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2003. - 202 с.

6. Савичев О.Г, Макушин Ю.В. Многолетние изменения подземных вод верхней гидродинамической зоны на территории Томской области // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 4. - С. 60-63.

7. Савичев О.Г. Тенденции и возможные причины многолетних изменений ионного стока рек в бассейне Средней Оби // Фундаментальные проблемы современной гидрогеохимии: Труды Меж-дунар. научн. конф. - Томск: Изд-во НТЛ, 2004. - С. 308-313.

8. Волкова М.А., Кужевская И.В. Пространственно-временная изменчивость температуры воздуха и атмосферных осадков на территории Томской области // Актуальные проблемы экологии и природопользования Сибири в глобальном аспекте. -Томск: Изд-во ТГУ, 2007. - С. 73-77.

Поступила 18.03.2008 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.