CC BY
29
Гидравлика, гидрология, водные ресурсы
УДК 502/504 : 556.11
Г. Х. ИСМАИЫЛОВ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
В. М. ФЕДОРОВ
Учреждение Российской академии наук «Институт водных проблем»
ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ ПРЕСНОВОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИИ В СВЯЗИ С ГЛОБАЛЬНЫМИ И РЕГИОНАЛЬНЫМИ ИЗМЕНЕНИЯМИ*
Дана оценка состоянию ресурсов пресных вод России и ее регионов для первой половины KKI века в условиях стационарности (квазистационарности) речного стока. Представлены сценарии возможного изменения климата.
Водные ресурсы, речной сток, элементы водного баланса, водобеспеченность регионов России, характерные тренды, сценарии климата.
The paper assesses the state of freshwater resources of Russia and its regions for the first half of the twenty-first century under the conditions of river flow stationarity (qua-sistationarity) and scenarios of possible climate change.
Water resources, river flow, water balance elements, water supply of Russian regions, specific trends, climate scenarios.
Вторая половина ХХ века, особенно с последней его четверти, характеризуется резким потеплением климата - 1990-е годы были самым теплым десятилетием за период инструментальных наблюдений. Основной причиной такого изменения климата многими исследователями считается антропогенная эмиссия парниковых газов и аэрозолей, которая будет, по их мнению, только увеличиваться на протяжении XXI века. Расчеты с помощью наиболее совершенных моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) на основе специально разработанных сценариев антропогенной эмиссии парниковых газов в атмосферу Земли дают повышение средней глобальной температуры приземного воздуха к 2100 году в пределах от 1,4 до 5,8 С. Это примерно в 2-10 раз больше средней величины потепле-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12-05-00193а).
ния, наблюдающегося в течение XX века.
Альтернативой концепциям стационарности и квазистационарности (цикличности) колебания климата и элементов водного баланса суши (ЭВБ) является концепция антропогенно-обусловленного глобального потепления климата. Изменение климата, в свою очередь, приведет и к изменению теплового и водного балансов суши и, как следствие, к нарушению статистической (квазистатистической) устойчивости характеристик ресурсов пресных вод России и ее регионов, выявленной при ретроспективном анализе их временных рядов.
Авторами рассмотрены следующие варианты:
1) неизменность климата XXI века в сравнении с климатом XX века;
2) сохранение выявленных трендов и на протяжении первой половины XXI века. При этом приняты во внимание
тренды, выявленные для 30-летних средних норм годового стока местных рек;
3) смены характера выявленных трендов на протяжении первой половины XXI века;
4) антропогенно-обусловленное глобальное потепление климата.
Исходя из рассмотренных концепций и соответствующих им методических подходов, осуществлена оценка естественных водных ресурсов, которыми будет располагать Россия в первой половине
XXI века [1, 2]. В таблице 1 приведены средние многолетние естественные ресурсы речного стока, формирующегося в пределах федеральных округов (местный сток) в условиях неизменности климата. Как видно из этих данных, пределы возможного изменения средних за многолетие естественных ресурсов речного стока во всех федеральных округах и в целом по России в границах 95%-го доверительного интервала не превышают ± 10 % от их средних норм, свойственных XX веку.
Таблица 1
Средние многолетние естественные ресурсы местного речного стока, формирующегося в пределах федеральных округов Российской Федерации для первой половины ХХ! века в условиях неизменности климата, км3 /год
Период
Федеральный 1930-2005 годы 1930-2020 годы 1930-2040 годы 1930-2060 годы
округ Я ср. °Нср Я ± а а„ ср. Кср Я ± аа„ ср. Кср Я ± аа„ ср. Кср
Северо-Западный 554 0,09 6,0 554 ± 12 554 ± 14 554 ± 16
Центральный 108 0,20 3,0 108 ± 6,0 108 ± 7,0 108 ± 7,0
Приволжский 173 0,21 4,0 173 ± 8,0 173 ± 9,0 173 ± 10
Южный 28 0,35 1,0 28 ± 2,0 28 ± 2,0 28 ± 2,0
Северо-Кавказский 25 0,18 0,6 25 ± 1,0 25 ± 1,0 25 ± 1,0
Уральский 385 0,18 9,0 385 ± 18 385 ± 20 385 ± 22
Сибирский 1277 0,08 13,0 1277 ± 26 1277 ± 29 1277 ± 31
Дальневосточный 1566 0,08 16,0 1566 ± 33 1566 ± 36 1566 ± 38
Российская Федерация 4118 0,06 31,0 4118 ± 63 4118 ± 70 4118 ± 74
Как видно из данных таблицы 1, ресурсы речного стока Южного округа при Су = 0,35 могут составить в среднем за многолетие 26...30 км3 в год, т. е. их изменение возможно в пределах ± 7 %. Ресурсы стока Центрального округа (Су = 0,20) могут составлять 101.115 км3 в год (± 6,5 %), а Приволжского -163.183 км3 в год (± 5,8 %). В соответствии с такими относительно незначительными возможными изменениями среднемноголетнего годового стока вряд ли стоит ожидать значительных отклонений по сравнению с современным стоком и в стоке экстремальных по водности лет. Так, например, в Южном округе возможный сток в маловодный год 95%-й обеспеченности составит около 8, в Центральном - около 61, а в Приволжском - около 94 км3/год (имеется в виду меньшая из возможных оценок средне-многолетнего годового стока).
Таким образом, в рамках концепции неизменности климата XXI века в сравне-
нии с климатом XX века возможные изменения ресурсов речного стока в первой половине наступившего века находятся в пределах возможных ошибок определения его статистических параметров.
Анализ данных Государственного водного кадастра за период 1990-2009 годов (п = 20 лет) показывает, что ресурсы местного стока за последние 20 лет во всех округах и по России в целом превышают их среднемноголетние (1930-2005 годы, п = 76 лет) значения. Так, в целом по России среднемноголетний годовой сток местных рек составляет 4118 км3/год, а за последние 20 лет - 4303 км3/год, т. е. на 5 % выше нормы. По отдельным федеральным округам эти изменения доходят до 10.15 % (СевероЗападный, Уральский и Приволжский). При общем увеличении местного стока за последние 20 лет характер линейного тренда различается по округам. Так, положительный тренд характерен как в целом для России, так и для Южного,
Уральского, Сибирского и Дальневосточного федеральных округов, а отрицатель-
К, км /год 640
В СЕВ -ЗАПАД = 603 -
600 560 520
0
Я, км'/год
240 210 180 150 120
0
ный - для Северо-Западного, Центрального и Приволжского округов (рисунок).
Я, км3/год 160
10 12 14 16 18 20 Временной индекс
Я, км /год 80
10 12 14 16 18 20 Временной индекс
10 12 14 16 18 20 Временной индекс
10 12 14 16 18 20 Временной индекс
Изменчивость естественного местного речного стока федеральных округов Российской федерации
Как один из возможных вариантов изменения ресурсов местного стока рассмотрен вариант сохранения выявленных трендов на протяжении первой половины XXI века. Во внимание принимались тренды, выявленные для 30-летних средних
значений годового стока местных рек. В таблице 2 приведены уравнения линейного тренда и значения среднего 30-летного естественного годового стока местных рек федеральных округов для первой половины XXI века, полученные экстраполяцией трендов.
Таблица 2
Средний 30-летний естественный годовой сток местных рек федеральных округов России в первой половине XXI века, км3/год
Федеральный округ Уравнение тренда Годы
2001-2030 (^ = 75,5) 2031-2060 (^ = 105,5) 2001-2060 (^ = 90,5)
Северо-Западный Rср0) = 0,87^ +528 594 620 607
Центральный дс(30)=0,зиср+104 127 137 132
Приволжский <■»=0,60* 0р +155 200 218 209
Южный Я с(30)=0^ср + 51 56 58 57
Уральский Rср0) = 0,60^ +367 412 430 421
Сибирский Яс3°)=0^ ср +1238 1258 1266 1262
Дальневосточный ЯсГ=0^ср +1546 1596 1617 1607
Российская Федерация в целом Яср30)=0,13^р+3992 4002 4006 4004
Как следует из данных этой таблицы, при сохранении выявленных тенденций, свойственных XX веку, водные ресурсы местного стока в целом для территории Российской Федерации увеличиваются на 5...8 % по отношению к их норме (см. табл. 1).
Разумеется, опираться на оценки, полученные в результате экстраполяции выявленных трендов, можно лишь в случае подтверждения их и в XXI веке, поскольку
существует большая вероятность изменения как характера, так и интенсивности изменения годового стока из-за свойственных ему циклических колебаний. Подтверждением этому, в частности, служит изменение характера тренда ежегодных величин стока на европейской части территории России (СевероЗападный, Центральный и Приволжский округа) (см. рисунок). Вполне вероятно, что такая смена знака тренда произойдет и в
азиатской части территории России. В связи стока местных рек в первой половине XXI с этим была осуществлена оценка средних века и для случая смены характера тренда 30-летних величин естественного годового (табл. 3).
Таблица 3
Средний 30-летний естественный годовой сток местных рек федеральных округов России в первой половине XXI века при смене характера тренда, км3/год
Федеральный округ Годы
1971-2000 2001-2030 2031-2060 2001-2060
Северо-Западный 567 541 515 528
Центральный 110 106 102 104
Приволжский 182 164 146 155
Южный 54 56 54 55
Уральский 394 412 394 403
Сибирский 1296 1334 1296 1315
Дальневосточный 1576 1596 1576 1586
Российская Федерация в целом 4180 4209 4085 4147
В качестве основной причины современных изменений ресурсов местного стока большинство исследователей считает изменение глобального и, как следствие, регионального климата. В результате увеличились годовые суммы осадков (в большей степени за летне-осенний период и в меньшей за зимний) на фоне повышения средней годовой температуры воздуха (в основном за счет повышения температуры холодного периода), участились зимние оттепели, промерзаемость почвы уменьшилась, а влажность почвогрунтов зоны активного водообмена увеличилась. Из-за повышения количества осадков теплого периода увлажнение почвогрунтов в летне-осенний период возросло. Все это привело к увеличению подземного стока в реки и, как следствие, к возрастанию меженного и годового стоков рек.
Для оценки влияния антропогенных
факторов на изменение климата, теплового и водного баланса на территории федеральных округов России в первой половине XXI века авторы использовали сценарии А2 и В1 [3]. В этих сценариях изменение климата связано с антропогенным воздействием на него за счет увеличения выбросов парниковых газов в атмосферу Земли. В результате оценка климатических условий будущего базируется прежде всего на оценке будущего развития экономики и роста населения планеты. Следовательно, сценарии А2 и В1 различаются увеличением концентрации выбросов парниковых газов и аэрозолей в атмосферу. В качестве базисного периода, характеризующего водный баланс территории федеральных округов России, принят период 1990-2009 годов (п = 20 лет). В таблицах 4 и 5 приведены
Таблица 4
Элементы годового водного баланса за 2011—2030 годы для сценариев А2 и Вх изменения глобального климата, мм/год
Федеральный округ Сценарий А2 Сценарий В1
Р И Е Р И Е
Северо-Западный 713 364 349 726 368 358
Центральный 727 177 550 734 179 555
Приволжский 638 200 438 645 199 446
Южный 617 98 519 624 100 524
Уральский 578 243 335 569 238 331
Сибирский 563 284 279 550 280 270
Дальневосточный 538 262 276 538 262 276
Российская Федерация в целом 571 264 307 569 259 310
Таблица 5
Элементы годового водного баланса за 2031—2050 годы для сценариев А2 и Вх изменения глобального климата, мм/год
Федеральный округ Сценарий А2 Сценарий В1
Р И Е Р И Е
Северо-Западный 737 373 364 745 378 367
Центральный 741 183 558 743 184 559
Приволжский 652 204 448 654 207 447
Южный 631 102 529 633 105 528
Уральский 597 253 344 588 246 342
Сибирский 557 287 270 562 286 276
Дальневосточный 554 269 285 544 266 278
Российская Федерация в целом 581 267 314 579 266 313
среднемноголетние значения элементов годового водного баланса территории для федеральных округов и России в целом (расчетные периоды первой половины XXI века), полученные исходя из принятых сценариев возможного изменения климата.
Анализ таблиц 4 и 5 позволяет сделать вывод о том, что в первой половине XXI века нет оснований ожидать каких-либо значительных изменений ресурсов местного речного стока в результате принятия гипотезы антропогенного изменения (потепления) климата как России, так и по ее федеральным округам, поскольку крайние оценки изменений стока находятся в пределах от +1,2 до +10,5 %, т. е. в диапазоне естественной изменчивости годового стока рек России. В ближайшей перспективе (в случае сохранения тенденции изменения климата) наиболее вероятно незначительное (в пределах 1. 5 %) увеличение естественных ресурсов местного стока во всех федеральных округах России.
Выводы
Оценки стока, полученные в соответствии с принятыми сценариями изменения климата в XXI веке в результате антропогенного увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере, позволяют говорить о повышении степени водообеспеченности всех федеральных округов, хотя и в этом случае даже крайние оценки не превышают 10.15 %.
В реальных условиях антропогенного воздействия полученные оценки естественных ресурсов стока будут определяться степенью использования водных ресурсов в том или ином федеральном округе России.
1. Исмайылов Г. Х., Федоров В. М.
Межгодовая изменчивость и взаимосвязь элементов водного баланса бассейна реки Волги // Водные ресурсы. - Т. 35. - 2008.
- № 3. - С. 1-18.
2. Исмайылов Г. Х., Федоров В. М. Оценка и прогноз элементов водного баланса бассейна реки Волги: сб. докладов Международной научно-практической конференции (7-11 декабря 2010 года).
- М.: Изд-во РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2011. - С. 170-176.
3. Водные ресурсы России и их использование; под ред. проф. И. А. Шиклома-нова. - СПб.: ГГИ, 2008. - 600 с.
Материал поступил в редакцию 21.04.11. Исмайылов Габил Худуш оглы, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Гидрология, метеорология и регулирование стока» Тел. 8 (499) 976-23-68 E-mail: Ism37@mail,ru
Федоров Владимир Михайлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник
УДК 502/504 : 628.171 : 556.3.01
С. Н. КАРАМБИРОВ, Л. Б. БЕКИШЕВА, С. А. ТРИКОЗЮК
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ С УЧЕТОМ РИСКА
Рассмотрены вопросы проектирования систем водоснабжения с учетом рисков на основе имитационного моделирования.
Риск, водоснабжение, имитационное моделирование.
Questions of water supply systems designing are considered taking into consideration risks on the basis of simulation.
Risk, water supply, simulation.
Понятие риска обычно интерпрети- лательного результата. Это связано с от-руется как возможность получения неже- сутствием полной информации, наличием
№ 1' 2013
