CC BY
16
ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК: 556.551:574 (285.2:470)
ВОДНЫЙ БАЛАНС И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В РЫБИНСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ В _МАЛОВОДНЫЕ ГОДЫ 21 ВЕКА_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.3.70.542 Литвинов Александр Сергеевич д.г.н., гл.н.с.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
WATER BALANCE AND ECOLOGICAL CONDITIONS IN THE RYBINSK RESERVOIR IN LOW-
WATER YEARS OF THE 21st CENTURY
Litvinov Aleksandr Sergeevich,
Doctor of Geographical Sciences, Chief Research Scientist Papanin Institute for Biology of Inland Waters RAS
АННОТАЦИЯ
В работе рассмотрены результаты исследований водного баланса и экологических условий Рыбинского водохранилища в маловодные годы начала 21 века. Для анализа использованы данные Рыбинской ГМО по ежегодному расчету составляющих водного баланса водохранилища и материалы гидрологических и гидробиологических съемок на водохранилище проводимых сотрудниками Института. Показано, что с 2000 по 2017 г.г. в притоке в водохранилище отмечалось два маловодных года (2002 г. и 2014 г.) с объемом годового притока меньше 20 км3 при среднегодовом объеме 32,646 км3. Большой размах колебаний притока приводит к изменению уровней наполнения водохранилища, его объема и росту площадей временного осушения, что оказывает влияние на обитание гидробионтов.
ABSTRACT
This study presents results of investigation into the water balance and ecological conditions in the Rybinsk Reservoir during low-water years in the beginning of the 21st century. Data on annual calculations of water balance components obtained from the Rybinsk Hydrometeorological Observatory and materials of hydrological and hydrobiological surveys conducted by researchers of the Institute have been analyzed. It is shown that during the period 2000 - 2017 in the reservoir inflow there were two low-water years (2001 and 2014) with annual inflows less than 20 km3, compared to the average annual inflow of 32,646 км3. The wide range of inflow to the reservoir leads to fluctuations in its water level, volume and an increase in temporary drying-out areas that affects aquatic organisms.
Ключевые слова: Рыбинское водохранилище, маловодные годы, водный баланс, приток, сток, уровень, площадь, экологические условия.
Key words: Rybinsk Reservoir, low-water years, water balance, inflow, outflow, level, area, ecological conditions.
Введение
Строительство водохранилищ обусловило преобразование речного стока изменения в круговороте воды, водном балансе, динамике уровней, водообмене. Интенсификация хозяйственной деятельности в руслах и долинах рек, и в их бассейнах привела к изменению экологического потенциала природных вод. В 2016 г. исполнилось 70 лет с момента полного завершения строительства и ввода в эксплуатацию Рыбинского водохранилища, одного из крупнейших искусственных водных объектов в Волжско-Камском каскаде [1]. Полезный объем водохранилища составляет ~ 0.4 среднего многолетнего объема притока. Он позволяет осуществлять годовое, сезонное, недельное и суточное регулирование. Водохранилище обеспечивает безопасность гидротехнических сооружений. Это одна из наиболее важных ступеней в Волжско-Камском каскаде. Будучи водохранилищем комплексного назначения, оно
используется многими отраслями хозяйства, приоритетные из которых энергетика, водоснабжение, водный транспорт и рекреация. Занимая центральное положение на водных путях Единой глубоководной транспортной системы Европейской части России, водохранилище связывает порты Балтийского, Северного, Каспийского, Черного и Азовского морей. Водный баланс любого водоема отражает совокупное воздействие факторов, обусловленных
колебаниями климата и антропогенной деятельностью на водосборе. Это основа для выполнения всех видов исследований, связанных с особенностями формирования и динамики водных масс, гидрохимического и гидробиологического режима водоемов.
Результаты и обсуждения Водный баланс любого водоема отражает совокупное воздействие факторов, обусловленных колебаниями климата и антропогенной деятельностью на водосборе. Результаты расчета
водного баланса водохранилища за 2002 г. показали, что объем притока в него составил 18.734 км3 или 57% от средней за 21 век и 55% среднего за период существования водохранилища. В январе 2002 г. объем притока был 1.095 км3, что на 0.51 км3 меньше среднего многолетнего. В феврале он вырос до 2.15 км3 и был больше среднего многолетнего. В марте эта разница увеличилась до 1.596 км3. Максимального значения 5.61 км3 приток достиг в апреле 2002 г., но был почти в 2 раза меньше среднего за 2000-2017 г.г. 8.49 км3 и на
0.615 км3 меньше среднего за период существования водохранилища. В мае объем притока снизился до 1997 км3 и был в 2.8 раза меньше среднего многолетнего. Далее приток продолжал понижаться, достигнув минимального значения 0.355 км3 в сентябре. С ростом осадков в бассейне в октябре-ноябре объем притока вновь вырос до 0.601-0.673 км3 и в декабре до 0.885 км3 составив в сумме за год 18.734 км3. С осадками на зеркало поступление воды в водохранилище достигло 20.355 км3 (табл.1).
Таблица 1
Среднемесячный объем притока и осадков на зеркало Рыбинского водохранилища _в маловодном 2002 г., км3_
месяцы Приток, км3 Осадки, км3 Е
1-3 6.984 0.465 7.449
4-5 7.607 0.175 7.782
6-9 1.984 0.431 3.981
10-11 0.601-0,885 0.396 1.486
1-12 18.734 1.621 20.355
В 2014 г. объем притока в водохранилище составил 17.397 км3 или 54% от средней за 21 век и 53% за период существования водохранилища. В виду того, что в 2013 г. объем притока превышал среднее многолетнее значение и в декабре он составлял 3.011 км3. В январе 2014 г. наблюдался максимальный среднемесячный объем притока (3.279 км3). В феврале он снизился до 1.893 км3. При повышении среднемесячный температуры
Среднемесячный объем притока и осадков
в маловодном
воздуха в течение марта, апреля и мая объем притока изменялся от 2.008 до 2.658 км3 (табл. 2). С июня он начал понижаться и в августе достиг минимального значения 0.389 км3. С ростом осадков в ноябре и декабре среднемесячный объем приток в водохранилище увеличился до 1.127 и 1.176 км3 и в целом в маловодном 2014 г. составил 17.397км3, а вместе с осадками на акваторию 19.249 км3 (табл. 2, рис.1) .
Таблица 2
на зеркало Рыбинского водохранилища 2014 г., км3_
Месяцы Приток, км3 Осадки, км3 Е
1-3 7.260 0.331 7.591
4-5 4.665 0.285 4.950
6-9 2.582 0.829 3.411
10-11 1.714 0.385 2.099
1-12 17.397 1.852 19.249
Г
км3
Бепе1 Бепе2
Рис. 1. Изменение притока в Рыбинское водохранилище км3 (1-2002 г. и 2-2014 г.)
Среднемесячный уровень водохранилища в январе маловодного 2002 г. был на 2.26 м ниже НПУ (рис. 2). Наполнение водохранилища началось с отметки уровня 99.64 м. Подъем уровня в течение января-мая составил 1.89 м при объеме притока за январь-май-14.591 км3. В конце наполнения среднемесячный уровень повысился до отметки 101.53 м БС, но был на 0.28 м ниже НПУ. В мае началось понижение уровня, которое продолжалось до отметки 98.61 м БС в ноябре. В декабре за счет дождей среднемесячный уровень поднялся на 7 см до отметки 98.68 м БС (рис.2, кривая 1).
В январе 2014 г. среднемесячный уровень водохранилища был 100.37 м БС, на 1.44 м ниже НПУ. В апреле он повысился до отметки 100.18 м БС (рис.2, кривая 2) и максимальной среднемесячной отметки 100.56 м БС уровень достиг в мае, но был на 1.32 м ниже НПУ. В июне среднемесячный уровень понизился на 15 см и продолжал понижаться до минимальной отметки 98.47 в ноябре и декабре (рис.2, кривая 2). Отметка среднегодового уровня маловодного 2014 г. была 99.75 м БС на 2.06 м ниже НПУ.
Рис.2. Уровень Рыбинского водохранилища м БС (1-2002 г., 2-2014 г.)
Высокий уровень января 2014 г. обусловлен большим притоком в ноябре-декабре 2013 г., который составил в сумме 5.656 км3 (2,645 в ноябре и 3,011 км3 в декабре). В феврале 2014 г. уровень понижается до отметки 100.16 м БС. В марте он еще понизился на 28 см. Понижение уровня в январе-марте 2014 г. связано с увеличением сброса воды из водохранилища по сравнению с притоком. Величина сброса воды из водохранилища в январе-марте составляла 3.210, 3.190, 2.360 км3, тогда как приток только 3.279, 1,894, 2.988 км3. Максимальная среднемесячная отметка уровня 100.56 м БС в 2014 г. была в мае, но на 1.32 м ниже НПУ. В июне уровень понизился на 15 см и продолжал понижаться до минимальной отметки 98.47 в ноябре и декабре (рис. 2, кривая 2). Таким образом, среднегодовой уровень маловодного 2014 г. был 99.75 м БС на 2.06 м ниже НПУ.
Большой объем Рыбинского водохранилища обеспечивает регулярность поступления вод в Горьковское и Чебоксарское водохранилища в маловодные годы (рис.3). Увеличение месячной и
годовой суммы сброса из водохранилища по сравнению с объемами притока связано с одной стороны с относительно большим объемом водохранилища, с другой с тем, что аккумулированная Рыбинским водохранилищем вода обеспечивает ее достаточное поступление в нижележащие водохранилища и идет подготовка к приему воды следующего года, объем которого должен быть близок к среднему многолетнему. В связи с тем, что в годы пониженной водности прогнозы притока бывают с ошибками, но необходимо покрытие энергетических нагрузок в электросетях и поступление вод в нижележащие водохранилища, объемы попусков воды в нижний бьеф через Рыбинскую ГЭС, превышающие объем притока в водохранилище повторяется периодически. В маловодные годы поступление воды в нижний бьеф Рыбинского водохранилища в летний период, как правило, превышает объем притока, что обусловливает более низкий уровень воды в водохранилище и снижение его объема.
Рис. 3. Среднемесячные объемы сброса (км3) из Рыбинского водохранилища (1-2002 г., 2-20014 г.)
Величина сброса воды из водохранилища в январе-марте 2014 г. составляла 3.210, 3.190, 2.360 км3, тогда как приток только 3.279, 1.894, 2.988 км3. В апреле - мае объем притока уменьшился до 2.658 - 2.007 км3 . В июне-июле сток из водохранилища также превысил приток. Понижение притока в октябре-ноябре до 0.423 и 0.587 км3 привело к понижению уровня до минимальной отметки за год 98.47 м БС, которая сохранилась и в декабре, несмотря на повышение притока до 1.271 км3.
Маловодность годов существенно отразилась на изменении площадей и объема водохранилища. Максимальная площадь водохранилища в анализируемые маловодные годы составляла в мае 2002 г.- 4406 км2, в мае 2014 г.-3947 км2. В 2002 г. объем водохранилища не превышал 24.20 км3 при максимальном уровне, а в 2014 г.-20.26 км3. При минимальны среднемесячных уровнях объемы водохранилища уменьшались до 13.44 и 13.01 км3 соответственно, а площадь мелководной зоны водохранилища к ноябрю увеличивалась и составляла в 2002 г.-1463 км2 и в 2014 г.-1523км2. При максимальных уровнях в мае 2002 г. площадь мелководной зоны уменьшалась до 335 км2, в 2014 г. до 794 км2.
Тип питания и объем притока определяет и общую минерализацию воды водохранилища. Величина последней связана со средним уровнем наполнения водохранилища за безледный период. В маловодные годы за май-октябрь при пониженных отметках уровня величина минерализации воды в Главном плесе значительно выше, чем в годы высокой водности при повышенных отметках уровня. В июне-августе 2014 г. в Главном плесе водохранилища электропроводность изменялась от 230 до 270 мксм/см2, тогда как в многоводные годы на тех же станциях от 217 до 225 мксм/см2. Однако, достоверной связи в годы разной водности величин минерализации воды и среднего многолетнего
уровня по материалам Гидрометеослужбы не прослеживается [2].
Объемы притока, стока и объем водоема определяют интенсивность водообмена в водохранилище, одну из важнейших характеристик его экосистемы. Максимальных значений водообмен водоема достигает в апреле. Это обусловлено уменьшением объема воды в водохранилище в результате зимней сработки и увеличением притока в период весеннего половодья. По мере наполнения водохранилища и снижения объема притока и сброса водообмен уменьшается и в течение лета находится на низком уровне с минимумом в августе-сентябре. С октября отмечается его увеличение, связанное с дождевыми паводками, а затем с началом зимней сработки [5].
Режим уровня через площадь залития нерестилищ во многом определяет интенсивность нереста и успешность прохождения молодью всех наиболее критических стадий на первом году жизни, стадий онтогенеза [4]. При этом в формировании урожайности фитофильных рыб решающее значение имеют такие параметры уровня, как величина максимума и время его достижения. Эти параметры определяют от 30 до 73% урожайности леща в зависимости от величины тепла, накопленного за безледный период. Для судака параметры уровенного режима определяют от 87 до 100% его урожайности. Наибольшая урожайность синца наблюдается при раннем наполнении водохранилища. Межгодовые и сезонные колебания уровня в значительной степени определяют эффективность использования рыбами мелководных местообитаний [3].
Заключение
Водный баланс опосредованно отражает климатическую характеристику, питание водохранилища, уровень наполнения и его интенсивность. Уменьшение поступления воды в водохранилище в маловодные годы обусловливают различие среднегодовых уровней наполнения и
сработки, интенсивность повышения уровня. Большой размах межгодовых колебаний уровня один из факторов определяющих развитие донных биоценозов и формирование урожайности фитофильных рыб.
Систематические многолетние исследования на водохранилище показали, что межгодовые различия в притоке и водообмене, большой размах колебаний уровня воды, приводящий к образованию значительных площадей временного осушения мелководной зоны оказывают влияние на условия обитания гидробионтов и состояние его экосистемы. Уменьшение объема притока в маловодные годы приводит к снижению объема и площади водохранилища и к ухудшению его экологического состояния.
Работа выполнена в рамках государственного задания № АААА-А18-118012690104-3.
Литература
1.26 лет Угличской и Рыбинской ГЭС. М.: Энергия, 1967. - 311 с.
2.Литвинов А.С., Рощупко В.Ф. Многолетние и сезонные колебания уровня Рыбинского водохранилища и их роль в функционировании его экосистемы. Водные ресурсы. 2007. Т. 34. № 1. -33-40 с.
3. Л.К.Ильина, Н.А. Гордеев. Уровенный режим и производство Рыбных запасов водохранилищ. Вопросы ихтиологии.1972. Том 12, вып. 3(74).- 411-421 с.
4.Рыбы Рыбинского водохранилища: популяционная динамика и экология. Ярославль, 2015. - 418 с.
5. Структура и функционирование экосистемы Рыбинского водохранилища в начале XXI века. М., 2018. - 454 с.
Домашний адрес:
152742, Ярославская область, Некоузский район, пос. Борок, д.50, кв.6.
Тел.раб.: 8-4854724558, тел. дом.:8-4854724528
