CC BY
25УДК 556.16; 551.5 DOI: 10.35567/19994508_2022_6_5
Новые данные о распределении нормы стока воды на Северо-Востоке России и притоке речных вод в арктические моря
Д.В. Магрицкий И ф
И magdima@yandex.ru
ФГБОУВО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова», Москва, Россия
АННОТАЦИЯ
Актуальность. Существенные изменения в величине и режиме речного стока требуют актуализации их основных характеристик. Однако значительные по размеру районы страны не охвачены сетью гидрометрических наблюдений. Мало того, большая часть гидрологических постов на реках была закрыта в 1990-х - начале 2000-х годов. Одним из таких малоизученным и огромным по площади регионом является Северо-Восток России. Информации о современных величинах стока рек региона, его распределении по территории, притоке речных вод в арктические моря и его многолетней изменчивости мало, хотя различные данные свидетельствуют о том, что сток здесь явно увеличился, начиная с конца 1980-х - середины 1990-х годов. Чтобы ответить на эти и другие вопросы, необходимы не только полноценные многолетние ряды расходов воды, но и новые инструменты по расчету стока рек, неохваченных сетью наблюдений. Методы. В рамках проведенного исследования собраны месячные и годовые расходы воды по 263 постам за весь период наблюдений. Данные проверены, ошибки исправлены, ряды приведены к периоду 1936-2017 гг. Создана многослойная и детальная ГИС региона, позволившая рассчитать основные параметры речных водосборов. Результаты. Построены карты распределения модуля годового стока по территории и однородных районов изменения модуля стока с высотой, получены региональные зависимости стока от морфометрических и ландшафтных параметров водосбора. Они позволили не только обновить данные по стоку на постах, но и рассчитать сток в устьях главных рек региона и приток речных вод в моря, построить графики многолетних колебаний суммарного стока в моря. В итоге континентальный речной сток в море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря составил 785, 215 и 27,9 км3/год соответственно.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: река, годовой сток, региональная зависимость, сток в моря, многолетние изменения.
Финансирование: Работы выполнены в рамках грантов РФФИ №18-05-60021 и РНФ № 2117-00181 (для бассейна Лены).
Для цитирования: Магрицкий Д.В. Новые данные о распределении нормы стока воды на Северо-Востоке России и притоке речных вод в арктические моря // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2022. № 6. С. 70-85. DOI: 10.35567/19994508_2022_6_5.
Дата поступления 10.10.2022.
New data on the distribution of the water runoff in the Northeast of Russia and the water flow into the Arctic seas
Dmitry V. Magritsky El ©
ISI magdima@yandex.ru Lomonosov MSU, Moscow, Russia
© Магрмцкмм A.B., 2022
ABSTRACT
Relevance. Significant changes in the amount and regime of river flow require updating of their main characteristics. However, large areas of the country are not covered by a network of hydrometric observations. Moreover, most of the hydrological gauges on the rivers were closed in the 1990s - early 2000s. One of these little-studied and vast regions is the NorthEast of Russia. Little is known about the current values of the runoff of rivers in the region, its distribution over the territory, the inflow of river waters into the Arctic seas and its long-term variability, although various materials indicate that the flow here has increased since the late 1980s - mid-1990s. To answer these and other questions, not only long-term series of water discharges are needed, but also new tools for calculating the runoff of those rivers that are not covered by the monitoring network. Methods. As part of the study, monthly and annual water discharges was collected for 263 gauges for the entire observation period. The data has been verified, errors have been corrected, and the series extended to the period 1936-2017. A multi-layered and detailed GIS of the region was created, which made it possible to calculate the main parameters of river catchments. Results.Maps of the distribution of the annual runoff over the territory and homogeneous areas of the change in the runoff with height were constructed, a whole series of regional runoff dependencies on morphometric and landscape parameters of the basins was obtained. They made it possible not only to update the runoff data at the gauges themselves, but also to calculate the runoff at the mouths of the main rivers and the inflow of river waters into the seas, to plot the charts of long-term fluctuations of total runoff into the seas. As a result, the continental river flow in the Laptev Sea, the East Siberian and Chukchi Seas is equal to 785.215 and 27.9 km3/year.
Keywords: river, gauge, annual water runoff, map, regional dependence, long-term changes.
Financing: The work has been done in the framework of the RFFR grants No. 18-05-60021 and RNF No 21-17-00181 (for the Lena River basin).
For citation: Magritsky D.V. New data on the distribution of the water runoff in the Northeast of Russia and the water flow into the Arctic seas. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management. 2022. No. 6. P. 70-85. DOI: 10.35567/19994508_2022_6_5.
Received: 10.10.2022.
ВВЕДЕНИЕ
Северо-восток азиатской части России, охватывающий северные улусы Республики Саха (Якутия) и Чукотский автономный округ с водосборами таких больших рек (частично или полностью) как Хатанга, Анабар, Оленек, Лена, Яна, Индигирка, Колыма и Анадырь, впадающими в моря Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское и Берингово - один из наименее изученных в гидрометрическом плане регионов страны. С конца 1990-х годов ситуация с гидрометрическим обеспечением здесь ухудшилась до масштабов «мониторинговой катастрофы», о чем свидетельствуют данные рис. 1 и итоги более ранних исследований [1, 2].
Так, в бассейнах рек Яны, Индигирки, Алазеи и Колымы, рек Чукотского АО в период 1950-1960 гг. функционировало до 105 стоковых постов, а сейчас их около 30. Мало того, в XXI в. на всем водосборе Чукотского моря и в бассейне соседней р. Анадырь действующих стоковых постов не осталось совсем. На порядок уменьшилось их число в низовьях р. Колымы. В Арктической зоне России, занимающей север рассматриваемого региона, в настоящее время лишь около 15 % территории охвачено гидрометрическими наблюдениями. В этой ситуации можно лишь догадываться о происходящих здесь гидроклиматических изменениях и их последствиях. О том, что огромный сток воды
Рис. 1. Современное состояние государственной сети мониторинга за расходами воды на реках северо-востока азиатской части России с указанием границ территорий, не охваченных гидрометрическими (стоковыми) наблюдениями (а), и продолжительности наблюдений на постах по 2018 г. включительно (б). На первой карте (а): 1 - территории АЗРФ, с которых сток известен; 2 - территории с отсутствием постов по состоянию на 1980-е годы; 3 - территории с закрытыми к 2000-м годам стоковыми постами; 4 - стоковые посты. На второй карте (б) цветом обозначены границы водосборов морей. Fig. 1. The current state of the network of water discharge gauges in the Northeast Asian part of Russia, indicating the boundaries of territories not covered by hydrometric observations (a), and the duration of observations at the gauges (up to 2018) (b). On the first map (a): 1 - territory of the Arctic zone of Russia, from which the runoff is known, 2 - territories where the water discharges are not measured (as of the 1980s), 3 - the territory where the water discharges are not measured (at beginning of the XXI century), 4 - discharge gauges. On the second map (b), the color indicates the boundaries of the catchment of the seas.
рек, впадающих в моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское, не просто изменился, а существенно вырос, напрямую и косвенно свидетельствуют материалы фундаментальных работ [3-7].
Задача определения стока для столь большой территории и величины притока речных вод в устья рек и арктические моря не может быть успешно решена, во-первых, без восстановления непрерывных и максимальной продолжительности многолетних рядов расходов воды на реках с постами. Во-вторых, необходимо знать объемы стока воды рек на участках морского побережья, на которых такие наблюдения не проводятся в настоящее время либо никогда не проводились. Создававшийся для таких случаев в 1970-е -начале 1980-х годов инструментарий для расчетов стока в условиях отсутствия данных безвозвратно устарел1 [8, 9]. Свод правил 33-101-20032 - основной нормативный документ по порядку проведения инженерных гидрологических расчетов и анализу рядов стока, в отличие от предыдущего СНиПа 2.01.14-83, лишен современных материалов в виде интерполяционных карт, карт районов, региональных эмпирических зависимостей, табличных материалов и т. п., необходимых для расчета характеристик стока при отсутствии данных наблюдений. Кроме того, регламентируемый в СП 33-101-2003 метод гидрологической аналогии (из группы методов географо-гидрологического подхода) при оценке стока для неохваченных стационарной сетью наблюдений рек сложно применять в условиях сократившейся сети и ухудшения качества исходных данных.
Главной задачей настоящего исследования стала актуализация созданных в 1970-1980-е годы инструментов для расчета характеристик годового стока воды в виде интерполяционных карт и расчетных зависимостей с дальнейшим определением современного стока в устьях основных рек и притока речных вод в арктические моря. Объекты рассмотрения - реки на северо-востоке Арктической территории России с включением дополнительно северных районов Магаданской области. Собранные автором и систематизированные имеющиеся данные по расходам воды на постах региона (за весь период до 2017-2018 гг.), мощные геоинформационные продукты (ArcMap 10, QGIS), статистические пакеты и графические редакторы (STATISTICA, EXCEL, ГИДРОРАСЧЕТЫ) позволили успешно решить эту масштабную задачу.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Северо-восток азиатской территории России включает северные улусы Республики Саха (Якутия) - к северу от 60 град. с. ш., - Чукотский АО и северные районы Магаданской области. Площадь этой огромной территории ~ 4,5 млн км2, протяженность с запада на восток - примерно 4200 км, с юга на север -около 2000 км.
Регион очень сложный не столько по своим размерам, сколько по природным условиям. Здесь суровый, в основном арктический и субарктический, климат. Только правобережная часть бассейна р. Вилюй и реки побережья
1 Атлас расчетных гидрологических карт и номограмм. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
2 Свод правил СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России, 2004. 73 с.
Охотского моря попадают в умеренный пояс. Это самая холодная и континентальная область России. Суровость климата увеличивается от морских побережий вглубь материка. Продолжительность холодной половины года 7-8 месяцев. Среднемесячная температура воздуха в январе варьирует в диапазоне -30 —45 оС (1930-2019 гг.), увеличиваясь в восточном направлении, к тихоокеанским побережьям Чукотки и Магаданской обл., до -17 - -25 оС. Оймякон и Верхоянск - полюсы холода России и Евразии (-67,7 оС).
Теплый период года - непродолжительный, начинается в мае и завершается в сентябре-октябре. Средняя температура июля (самого теплого месяца) варьирует в диапазоне от +3...+4 оС на арктическом побережье Чукотки и на арктических островах, до +11...+15 оС - на остальной территории. Максимальная температура воздуха может превышать +33 - +35оС. Сумма годовых осадков в среднем изменяется от 200 до 400 мм, увеличиваясь до 600-800 мм в горах Яно-Чукотской горной провинции к побережьям морей Тихого океана3,4. Максимальное количество осадков фиксируется в теплое время года (июнь-октябрь с пиком в июле-августе), как и максимум испарения. На тихоокеанском склоне региона доля осенних осадков увеличивается. Снежный покров зимой маломощный, с водным эквивалентом от 75 до 250 мм.
Северо-Восток России можно разделить на четыре основных орографических провинции. Это восточные склоны Среднесибирского плоскогорья, окруженные с севера, юго-востока и востока равнинами и низменностями; Яно-Чукотская горная страна, имеющая широтное и серповидное протяжение; равнины и низменности к северу от Яно-Чукотской горной провинции; Корякское нагорье и окружающие его с запада и севера равнины. Среднесибирское плоскогорье характеризуется слабо расчлененным низкогорным рельефом со средними высотами 400-500 м над уровнем моря. В его пределах выделяются два крупных поднятия - Анабарское и Вилюйское плато. К северу простирается Северо-Сибирская низменность, представляющая плоскую аллювиально-морскую равнину с абсолютными высотами <100 м. На юго-востоке находится Центрально-Якутская низменность, сильно заболоченная и с абсолютными высотами 100-200 м. Яно-Чукотская горная провинция включает горные цепи Верхоянского хребта (высотой до 2100-2280 м), Черского хребта (до 2000-2600 м и пиком 3003 м), хребта Сунтар-Хаята (максимальная высота 2970 м) и Момского хребта (до 1600-2300 м и пиком 2480 м), а также меньшие по размеру горные хребты. Обширные Яно-Оймяконское, Колымское и Чукотское нагорья в составе Яно-Чукотской горной провинции имеют более высокий и расчлененный рельеф, чем плоскогорья и плато. К северу от Яно-Чукотской горной провинции расположены Яно-Индигирская, Абыйская, Колымо-Алазейская низменности и другие равнины. Их высота преимущественно ниже 100 м.
В регионе повсеместно распространена многолетняя мерзлота. Суммарная мощность толщ мерзлых пород увеличивается с юга на север и в западной части от 200-300 м (со средней температурой грунтов -1 - -3 оС) до 700-900 м
3 Климатический атлас СССР. Т. 2. М., 1990.
4 Национальный атлас России. Природа, экология. М.: Роскартография, 2007. Т. 2. 496 с.
и больше (с температурами от -5 оС до -9-11 оС и ниже)4,5,6. На водосборах рек Охотского моря представлена многолетняя мерзлота островного типа. На участках русел больших рек мощность многолетнемерзлых пород уменьшается и появляются сквозные талики. Многолетняя мерзлота - важный фактор рельефообразования и стокоформирования. Она имеет отношение к термокарстовым процессам, образованию наледей, режиму и дебиту подземных вод, термическому состоянию водных объектов.
Регион охватывает частично или полностью водосборы таких больших рек как Хатанга (площадь водосбора 364 000 км2), Анабар (100 000 км2), Оленек (219 000 км2), Лена (2 490 000 км2) - ее нижнее течение и бассейн Вилюя, реки Яна (238 000 км2), Индигирка (362 000 км2), Алазея (64 700 км2), Колыма (647 000 км2) и Амгуэма (28 100 км2), впадающие в море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря Северного Ледовитого океана, а также полностью водосборы рек Анадырь (191 000 км2) и Пенжина (73 500 км2), относящихся к морям Тихого океана. Водотоки в бассейнах больших рек и на местных водосборах морей распределены крайне неравномерно. Густота речной сети изменяется от 0,05-0,2 км/км2 на приморских низменностях и Центрально-Якутской равнине до 0,3-0,6 км/км2 - на основной территории, достигая пиковых величин (0,8-1,2 км/км2) в горах и нагорьях восточного сектора региона [10]. Болота занимают около 3 % рассматриваемой территории. Верхоянский хребет, хребет Сунтар-Хаята и хребет Черского подвержены современному оледенению6. Кроме того, встречается большое количество наледей, особенно в бассейнах рек Яна и Индигирка [8, 9, 11].
Главная фаза водного режима рек региона - весеннее половодье, которое завершается летом. Гидрограф половодья у рек с восточно-сибирским типом водного режима обычно однопиковый. Роль дождевых паводков в половодье наиболее высока у рек Яно-Колымского района и Чукотки с промежуточным типом водного режима и двумя частями половодья. Первая часть (с мая по июнь) формируется талыми водами сезонного снежного покрова, вторая -дождевыми осадками, талыми водами высокогорных снежников, ледников, наледей, погребенных льдов и даже озерными водами приморской тундровой низменности. Половодье сменяется летне-осенними паводками и меж-паводочными короткими периодами, а осенью - постепенным снижением водности до начала зимней межени. Летняя межень выражена в западной части региона. Зимняя межень - низкая и устойчивая, с перемерзанием малых и ряда средних рек.
Алгоритм расчетов и построений формулировался не только исходя из положений действующего СП 33-101-2003, но и с учетом успешного опыта разработки инструментов по определению расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений в виде соответствующих карт, расчетных схем и разнообразных зависимостей1 [8, 9, 12, 13], а также рекомендаций по решению подобных задач с использованием программных пакетов по работе с пространственно разнесенными данными,
5 Геокриологическая карта СССР (на 16 листах). Масштаб 1:2 500 000. 1996.
6 Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. М., 1997. 392 с.
их анализу и визуализации7 [12, 14]. Ниже кратко изложены основные принципы построений и расчетов, описан разработанный автором инструментарий. По сути, это и есть основные результаты данного исследования.
На огромной территории региона были отобраны все посты с площадью водосбора не менее 15-50 км2 и хотя бы с одним годом наблюдений за расходами воды. Особое внимание уделялось районам с очень малой плотностью постов. Всего выделено 263 поста (рис. 1), по которым была создана полноценная электронная база средних месячных и среднегодовых расходов воды с рядами до 2017-2018 гг. включительно, с устранением часто встречавшихся в гидрологических справочниках ошибок. Использованы также данные по месячным и годовым температурам воздуха, откорректированным суммам осадков по равномерно распределенным по территории 24 метеостанциям, представленные на сайте ВНИИГМИ-МЦД8. Одновременно был создан ГИС-проект на изучаемую территорию и реки, первичную основу которого составили топокарты масштаба 1:500 000 и ЦМР ЛгсНсЭБМ. На его основе определены границы, центры, площади (Р, км2) и средние высоты (Нср) водосборов, замыкаемых гидрологическими постами.
Старейший региональный гидрологический пост Сунтар на р. Вилюй был открыт еще в 1919 г., однако основная сеть стоковых постов для обслуживания золотодобывающих предприятий начала формироваться лишь с 1940-х годов, в первую очередь, в бассейне р. Колымы и Магаданской области. Частично эти посты были закрыты еще в 1950-1960-годах или перенесены выше и ниже по течению. В 1980-е годы редкие новые посты еще создавали, но, как уже ранее отмечено, с 1990-х годов преобладало массовое закрытие стоковых постов. В итоге в регионе сложилась очень сложная ситуация с продолжительностью, непрерывностью и сопоставимостью рядов стоковых наблюдений, наличием данных за последние 15-20 лет. Поэтому следующим шагом в исследовании стало приведение рядов к единому многолетнему периоду (для большинства рек - это 1936-2017 гг.) и восстановление пропусков методом одномерной и множественной регрессии по связям либо с сезонными расходами воды этого же поста, либо с расходами створов-аналогов (при Я > 0,7), а также методом отношений (для постов с рядами < 6 лет). Поиск аналогов проводился на основе матрицы парных коэффициентов корреляции и районных пространственных корреляционных функций (ПКФ) в пределах гидрологически однородных районов. ПКФ отображает редукцию скоррелированности колебаний годового стока с увеличением расстояния между центрами речных водосборов. Аналоги выбирались из рек, чьи центры водосборов располагаются не далее 500-750 км, согласно полученным ПКФ.
Для постов, главным образом, Чукотского АО приемлемых аналогов с продолжительными рядами наблюдений не было. Поэтому пришлось ограничиться менее продолжительным, но, все же, репрезентативным периодом, начиная с 1940-1950- х годов. Кроме того, для нескольких постов в Чукотском АО в качестве аналогов взяты исправленные суммы осадков по данным ВНИИГМИ-МЦД8.
7 СТО ГГИ 52.08.40-2017. Определение морфометрических характеристик водных объектов суши и их водосборов с использованием технологии географических информационных систем по цифровым картам Российской Федерации и спутниковым снимкам. СПб., 2017. 140 с.
8 Сайт ВНИИГМИ-МЦД. Режим доступа: http://meteo.ru/data.
Относительные ошибки выборочных оценок годового стока для подавляющего числа постов с восстановленными рядами оказались <10 % (рис. 2).
Рис. 2. Относительные ошибки выборочных оценок нормы годового стока воды для исходных рядов среднегодовых расходов (а) и приведенных к продолжительному периоду (б), в %. Fig. 2. Relative errors (in %) of the annual water runoff obtained from the initial series of average annual discharges (a) and extended series (b).
Процедура удлинения рядов выполнялась не для всех постов, а только для зональных (средних) рек, у которых средний модуль стока практически не меняется с нарастанием площади водосбора, а сама площадь водосбора
< 50-75 тыс. км2. Оказалось, что для годового стока и рассматриваемого региона критическая площадь (между малыми и средними реками) варьирует от 1000 до 3000 км2. Связь между средним модулем годового стока (Мср) и площадью водосбора имеет другой характер, нежели для рек и территорий, лишенных вечной мерзлоты: с увеличением площади водосбора Мср не увеличивается, а, наоборот, как правило, уменьшается. Исключение - северные равнины Яно-Индигирского района, реки западного склона Верхоянского хребта. Тем не менее, данные по «отсеянным» постам также были рассмотрены.
Далее было проведено расширение объема исходных данных для построения карты модуля годового стока, во-первых, за счет определения величин стока дополнительно для частей водосборов, заключенных между постами на крупных реках, во-вторых, благодаря полученным региональным зависимостям стока рек от морфометрических и ландшафтных параметров речных водосборов, главным образом, между параметрами стока, средней высотой и площадью водосбора, длиной реки. Однако, как было установлено во время исследования, из-за слабой связи между Мср, с одной стороны, и заболоченностью, лесистостью водосбора, с другой, такие зависимости расчетного потенциала не имеют. Но они необходимы для разработки системы поправок в снимаемые с карт и региональных зависимостей значений зонального стока для расчета стока малых (азональных) рек.
Среднюю высоту для водосборов замыкаемых постами рек определяли по данным справочников «Основные гидрологические характеристики», а также вычисляли в ЛгеМар с использованием цифровой модели рельефа (ЦМР) ЛгсйсЭБМ в созданном ГИС-проекте. На основе этих данных и их увязки со среднемноголетними Мср было идентифицировано 14 районов однородного изменения величины модуля стока с высотой (рис. 2). Следует отметить, что зависимости вида Мср=/(Иср) являются самодостаточным инструментом расчета стока: если они есть и хорошо обоснованы, карты для таких районов, по сути, не требуются (рис. 3).
На финишном этапе значения числовых характеристик годового стока для выбранных постов были отнесены к геометрическому центру каждого из водосборов. После производилась графическая аппроксимация этих значений изолиниями методом линейной интерполяции и с учетом изогипс (по зависимостям вида Мср=/(Иср)) на территориях с высотами свыше 200-400 м БС. Шаг между изолиниями выбирался больше точности расчета годового стока - 1 л/с км2 (рис. 4).
На зависимом и независимом материале проверялась надежность карты и вносились коррективы в положение и дискретность изолиний. Ошибку карты стока (для разных районов) удалось проверить лишь на зависимом материале и по стандартным формулам:
(1)
и суммарная по формуле:
(2)
Рис. 3. Карта однородных районов изменения модуля годового стока с высотой. Fig. 3. Map of homogeneous areas of change in the module of annual water runoff with height.
0 2 A 6 a 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Рис. 4. Зависимости Mc = /(H ): номера зависимостей соответствуют номерам высотных зон на рис. 3; точки с указанными реками относятся к западным склонам Верхоянского хребта и притоку р. Оленек (р. Буур). Fig. 4. Dependencies M =f(H ). The dependency numbers correspond
° ^ mean J 4 mean' с J с
to the numbers of the altitude zones in Fig. 3.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ
По данным новой карты (рис. 5), годовой сток рек уменьшается в восточном направлении, к северу, в Яно-Индигирском районе, к Центрально-Якутской низменности (до 2 л/с км2 и меньше) и резко, значительно возрастает в горных районах и к Тихоокеанскому побережью (до 10 л/с км2 и больше). Орографические и климатические причины этих закономерностей объективно понятны.
Рис. 5. Карта модуля годового стока по данным до 2017 г. Fig. 5. Map of the module of annual water runoff according to data up to 2017.
Ошибки определения нормы стока зональных (средних) рек в 1,5-3 раза меньше погрешностей определения М по карте1 [8, 9]. Высокие значения оши-
ср
бок велики в горных районах ввиду сложного строения рельефа, разной экспозиции соседних склонов, неравномерного распределения постов с преобладанием постов с критической (и меньше) площадью замыкаемого водосбора.
В отношении полученных зависимостей Мср=/(Н ) и Сг =f (Н ) можно констатировать, что, во-первых, для изучаемого региона зависимости Mср=f(HсP) оказались для большинства районов довольно надежными и с необходимой теснотой (рис. 3). Во-вторых, с высотой модуль годового стока нарастает (с наибольшим уклоном в горах Яно-Колымского района, с наименьшим - на равнинах и к западу от нижней Лены), тогда как коэффициент вариации снижается.
Построенная карта модуля годового стока для Северо-Востока Арктической территории России позволила уточнить приток речных вод в моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское, боковой приток в большие реки ниже их замыкающего створа и коэффициенты приведения среднемноголетнего стока
на замыкающих створах к устьевым, рассчитать приток для более дробных участков побережий этих морей и вклад отдельных рек и межбассейновых территорий в формирование суммарной величины стока (таблица).
Согласно новым результатам континентальный (т. е. без учета рек арктических островов) приток речных вод в море Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря равен, соответственно, 785, 215 и 27,9 км3/год, 91 % этого объема формируют большие реки - Хатанга, Анабар, Оленек, Лена, Яна, Индигирка и Колыма.
Последние крупные обобщения данных по притоку речных вод в арктические моря России, суммарного и раздельно для больших рек, датируются концом XX в. - началом XXI в. [3, 15, 16]. В последующих работах, в т. ч. зарубежных коллег, в основном, анализируются данные замыкающих створов Лены и Колымы. Причем не учитывается, во-первых, что на этих и других постах на порядок сократилось количество реальных измерений расходов воды или они совсем прекращены. А данные расходов, опубликованные позднее в гидрологических ежегодниках и на сайте АИС ГМВО9, определены по старым кривым расходов. Как уже отмечено, качество первичных данных ухудшилось. Во-вторых, между замыкающим створом и морем сток арктических рек увеличивается и порой значительно (таблица). В-третьих, зачастую современные исследователи, особенно за рубежом, используют не фактические данные, а расчетные - с сайта Arctic Great Rivers Observatory (Arctic-GRO).
По [15], сток в моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское равен, соответственно, 791 км3/год за 1936-2005 гг. (+12,9 км3/год с островов), 262 (+4,45 км3/год с островов) и 29,0 км3/год. Но данные по новой оценке меньше. Таким образом, можно предположить, что объем притока речных вод в Восточно-Сибирское море в информации [15] был завышен, поскольку большая часть водосбора моря охвачена гидрометрическими наблюдениями, а в 2006-2017 гг., т. е. после получения оценок авторами монографии [15], превалировала очень высокая водность [7]. С учетом многоводья и для рек моря Лаптевых (после 2005 г.) оценку Государственного гидрологического института по стоку для него также можно считать завышенной.
На основе приведенных (к единому периоду) рядов среднегодовых расходов воды больших и репрезентативных средних рек получены многолетние ряды суммарного годового стока в три моря, определены доминирующие тенденции в многолетних колебаниях водности. Сток рек в моря за период 1976-2017 гг. превышает величину в 1936-1975 гг. на 12,2 % (море Лаптевых), на 9,3 % (Восточно-Сибирское море) и минус 2,8 % для Чукотского моря в сравнении с периодом 1944-1975 гг. Буквально «взрывной» рост с нарушением стационарности стока по среднему (по t-test) выявлен для водосбора моря Лаптевых (с конца 1980-х годов), главным образом, за счет увеличения стока р. Лены (рис. 6). Приток речных вод в Восточно-Сибирское море начал существенно расти с середины 1990-х годов и особенно с середины 2000-х годов.
9 Сайт АИС ГМВО. Режим доступа: https:gmvo.skniivh.ru
Таблица. Речной сток в арктические моря, соответствующий периоду 1936-2017 гг.
Table. River flow to the Arctic seas corresponding to the period 1936-2017
Реки и межбассейновые водосборные территории (МБВТ) Речной сток, км3/год Коэффициент перерасчета величины стока на ЗС Доля от суммарного стока в море, %
на замыкающем створе в вершине дельты в море*
Море Лаптевых
Восточное побережье п-ова Таймыр - - 8,80 - 1,12
Водосбор Хатангского залива (без р.Хатанга) — - 8,80 - 1,12
р. Хатанга 73,1 - 92,4 1,26 11,8
Водосбор Анабарской губы (без р. Анабар) - - 3,80 - 0,49
р. Анабар 14,7 - 18,6 1,27 2,37
Анабаро-Оленекский участок - - 1,06 - 0,14
р. Оленек 34,5 - 38,7 1,12 4,93
Оленекско-Ленский участок - - 0,1 - 0,01
р. Лена 552 556 563 1,02 71,7
Лено-Омолойский участок - - 3,53 - 0,45
р. Омолой 1,24 - 6,52 5,26 0,83
Омолой-Янский участок - - 0,30 - 0,04
р. Яна 34,6 34,6 35,4 1,02 4,51
От р. Яны до границы с водосбором Восточно-Сибирского моря - - 3,95 - 0,5
Всего в море 785 100
Восточно-Сибирское море
От границы с водосбором моря Лаптевых до р. Индигирка - - 3,11 - 1,4
р. Индигирка 52,3 54,3 57,7 1,10 26,8
Индигирско-Алазейский участок - - 0,81 - 0,4
р. Алазея 1,70 - 4,50 2,65 2,1
Алазея-Колымский участок - - 2,64 - 1,2
р. Колыма 105 124 125 1,19/1,71** 58,1
Колымо-Паляваамский участок - - 8,5 - 3,9
р. Паляваам 1,36 - 1,95 1,43 0,9
От р. Паляваам до границы с водосбором Чукотского моря - - 11,2 - 5,2
Всего в море 215 100
Чукотское море
р. Амгуэма 8,57 - 9,10 1,06 31,7
Остальное побережье - - 19,6 - 68,3
Всего в море 28,7 100
Моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское
ВСЕГО (без островов)
1025,7
Примечание: *с учетом положительного водного баланса дельты и притока с водосбора дельты в пограничные рукава.
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
W, км;/год 1 Чукотское море
JU u k лл L-. и л Л. J
Vf 4 V «If 41 Vк /V"
s
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Рис. 6. Многолетние колебания годового притока речных вод в арктические моря.
Fig. 6. Long-term fluctuations in the annual inflow of river waters to the Arctic seas.
ВЫВОДЫ
Для водосборов морей Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского, Берингова (в пределах Чукотского АО) и Охотского (в пределах Магаданской области) на основе данных стационарного мониторинга за расходами воды (263 поста), приведенных к периоду 1936-2017 гг., уточнены или рассчитаны впервые основные числовые характеристики годового стока, получены районные эмпирические зависимости стока от площади, средней высоты, заболоченности и залесенности водосбора, длины водотока, определены границы между зональными и малыми реками. Обновлено также районирование территории по характеру изменения модуля стока и коэффициенту вариации с высотой (всего получилось 14 районов), построена новая карта модуля годового стока, уточнены величины нарастания годового стока ниже замыкающих створов на главных реках региона, рассчитан приток в моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское - общий и для каждого характерного участка в отдельности.
В итоге континентальный речной сток в моря Лаптевых, ВосточноСибирское и Чукотское равен 785, 215 и 27,9 км3/год соответственно. Новые оценки водных ресурсов рек региона получены по данным до 2017 г., приведенным к морскому краю дельт или устьевым створам. Благодаря новой карте «Модуля годового стока» и зависимостям его от средней высоты водосбора впервые оценен приток речных вод в моря с участков побережья между устьями больших рек, обоснованы закономерности изменчивости стока рек по северо-востоку Арктической территории России.
На основе удлиненных рядов среднегодовых расходов воды больших и репрезентативных средних рек получены ряды суммарного годового стока в моря,
определены доминирующие тенденции в многолетних колебаниях водности. Сток рек в моря за период 1976-2017 гг. превышает его объемы за период 19361975 гг. на 12,2 % (море Лаптевых), 9,3 % (Восточно-Сибирское море) и минус 2,8 % (Чукотское море). Основной прирост стока с водосбора моря Лаптевых наблюдается с конца 1980-х годов, в Восточно-Сибирское - с середины 1990-х годов.
Водохозяйственная деятельность на годовой сток рек региона и его изменчивость никак не влияет. Согласно более ранним данным [17], современный водозабор на водосборах моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского равен примерно 0,32, 0,07 и 0,001 км3/год, а только в пределах Арктической зоны России - 0,01, 0,012 и 0,001 км3/год. При сопоставимых с водозабором обратным сбросом вод в водные объекты (0,28, 0,05 и ~0 км3/год) и приведенными в таблице величинами стока рек это совершенно несущественно и меньше погрешностей оценки стока.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Магрицкий Д.В. Изменение стока арктических рек России и информационное обеспечение исследований // Глобальные климатические изменения: мат-лы межд. научно-практ. конф. Т. 1. Воронеж, 2019. С. 452-459.
2. Третьяков М.В., Муждаба О.В., Пискун А.А., Терехова Р.А. Состояние гидрологической сети наблюдений Росгидромета в устьевых областях рек АЗРФ // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 5. С. 583-595.
3. Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования / под ред. Н. И. Алексеевского. М.: ГЕОС, 2007. 585 с.
4. Научно-прикладной справочник: Многолетние колебания и изменчивость водных ресурсов и основных характеристик стока рек Российской Федерации. СПб., 2021. 190 с.
5. Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Григорьев В.Ю., Гельфан А.Н., Сазонов А.А., Шевченко А.И. Сток рек России при происходящих и прогнозируемых изменениях климата: обзор публикаций. 1. Оценка изменений водного режима рек России по данным наблюдений // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 3. С. 251-269.
6. Arctic hydrology, permafrost and ecosystems. Springer Nature Switzerland, 2021. 906 p.
7. Magritsky D.V., Frolova N.L., Evstigneev V.M., Povalishnikova E.S., Kireeva M.B., Pakhomova O.M. Long-term changes of river water inflow into the seas of the Russian Arctic sector // Polarforschung. 2018. No. 87(2). P. 177-194.
8. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 17. Лено-Индигирский район. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 652 с.
9. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 280 с.
10. Доманицкий А.П., Дубровина Р.Г., Исаева А.И. Реки и озера Советского Союза. Л.: Гидро-метеоиздат, 1971. 105 с.
11. Makarieva O.; Shikhov A.; Nesterova N; Ostashov A. Historical and recent aufeis in the Indigirka River basin (Russia) // Earth System Science Data. 2019. No. 11. P. 409-420.
12. Орлова Е.В. Определение географических и гидрографических характеристик водосбора с использованием ГИС-технологий: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. СПб, 2008. 83 с.
13. Ушаков М.В. Пространственная структура и временная изменчивость годового стока рек Магаданской области: автореф. дисс. . канд. геогр. наук. Владивосток, 2008. 70 с.
14. Пьянков С.В, Шихов А.Н. Геоинформационное обеспечение моделирования гидрологических процессов и явления. Пермь, 2017. 148 с.
15. Водные ресурсы России и их использование / под ред. И.А. Шикломанова. СПб.: ГГИ, 2008. 600 с.
16. Шикломанов И.А., Шикломанов А.И. Изменения климата и динамика притока речных вод в Северный ледовитый океан // Водные ресурсы. 2003. Т. 30. № 6. С. 645-654.
17. Магрицкий Д.В. Водопотребление на водосборах арктических рек и в Арктической зоне Российской Федерации: параметры, структура, многолетняя динамика // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2019. № 3. С. 20-37. DOI: 10.35567/1999-4508-2019-3-2.
REFERENCES
1. Magritsky D.V. Changes in the runoff of Arctic rivers in Russia and information support for research. Globalnie klimaticheskie izmeneniya: mat-ly mezhd. nauchno-prakticheskoy konferentsiyi ["Global climatic changes". Proceedings of the international scientific/practical conference]. Vol. 1. Voronezh, 2019. P. 452-459 (In Russ.).
2. Tretyakov M.V., Muzhdaba O.V., Piskun A.A., Terekhova R.A. The state of the hydrological observation network of Roshydromet in the mouth areas of the rivers of the Russian Arctic region. Vodnye resursy [Water resources]. 2022. Vol. 49. No. 5. P. 583-595 (In Russ.).
3. Geo/ecological condition of the Arctic coast of Russia and safety of nature management. pod red. N.I. Alekseyevskogo. M.: GEOS, 2007. 585 p. (In Russ.).
4. Scientific and applied handbook: Long-term fluctuations and variability of water resources and the main characteristics of the flow of rivers in the Russian Federation]. SPb., 2021. 190 p. (In Russ.).
5. Frolova N.L., Magritsky D.V., Kireyeva M.B., Grigoryev V.Y., Gelfan A.N., Sazonov A.A., Shevchenko A.I. Runoff of Russian rivers under ongoing and predicted climate changes: a review of publications. 1. Assessment of changes in the water regime of Russian rivers based on observational data. Vodnye resursy [Water resources]. 2022. Vol. 49. No. 3. P.251-269 (In Russ.).
6. Arctic hydrology, permafrost and ecosystems. Springer Nature Switzerland, 2021. 906 p.
7. Magritsky D.V., Frolova N.L., Evstigneev V.M., Povalishnikova E.S., Kireeva M.B., Pakhomova O.M. Long-term changes of river water inflow into the seas of the Russian Arctic sector. Polarforschung. 2018. No. 87(2). P. 177-194 (In Russ.).
8. Surface water resources of the USSR. Vol. 17. Lena-Indigirka region. L.: Gidrometeoizdat, 1972. 652 s. (In Russ.).
9. Surface water resources of the USSR. Vol. 19. Northeast. L.: Gidrometeoizdat, 1969. 280 p. (In Russ.).
10. Domanitsky A.P., Dubrovina R.G., Isaeva A.I. Rivers and lakes of the Soviet Union. L.: Gidrometeoizdat, 1971. 105 p. (In Russ.).
11. Makarieva O.; Shikhov A.; Nesterova N; Ostashov A. Historical and recent aufeis in the Indigirka River basin (Russia). Earth Syst. Sci. Data. 2019. No. 11. P. 409-420 (In Russ.).
12. Orlova E.V. Determination of the geographical and hydrographic characteristics of the watershed using GIS technologies. Candidate degree thesis abstract, technical sciences. SPb, 2008. P. 83. (In Russ.).
13. Ushakov M.V. Spatial structure and temporal variability of the annual runoff of rivers in the Magadan region. Candidate degree thesis abstract, geographical sciences. nauk. Vladivostok, 2008. 70 p. (In Russ.).
14. Pyankov S.V, Shikhov A.N. Geo/information support for modeling hydrological processes and phenomena: monograph. Perm', 2017. 148 p. (In Russ.).
15. Water resources of Russia and the usage of them. pod red. I.A. Shiklomanova. SPb: GGI, 2008. 598 p. (In Russ.).
16. Shiklomanov I.A., Shiklomanov A.I. Climate changes and dynamics of the river waters inflow to the Arctic Ocean. Vodnye resursy [Water resources]. 2003. Vol. 30. No. 6. P.645-654 (In Russ.).
17. Magritsky D.V. Water Consumption on the Catchments of the Arctic Rivers and into the Arctic Zone of Russia: Parameters, Structure, and Many-year Dynamics. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management. 2019. No. 3. P.20-37. DOI: 10.35567/1999-4508-2019-3-2 (In Russ.).
Сведения об авторе:
Магрицкий Дмитрий Владимирович, канд. геогр. наук, доцент, кафедра гидрологии суши, географический факультет, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова», Россия, 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1; ORCID: 0000-0002-4953-8376; е-mail: magdima@yandex.ru About the author:
Dmitry V. Magritsky, Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor, Lomonosov Moscow State University Department of Geography Chair of Inland Hydrology; GSP-1, Leninskie Gory, 1, Moscow, 119991, Russia; ORCID; 0000-0002-4953-8376; е-mail: magdima@yandex.ru.
