Долгопериодные колебания стока сибирских рек и их связь с климатическими процессами
|
Введение 4
1. Изученность влияния климатических изменений на водный сток рек 8
1.1 Теоретико-методологические основы исследования 8
1.2 Изученность закономерностей динамики водного стока рек под
влиянием климатических изменений 16
1.3 Изученность влияния изменений климата на колебания водного стока
рек Сибири 22
1.4 Показатели динамики климатических процессов 26
2. Характеристика района исследования 28
2.1 Границы исследуемого района 28
2.2 Физико-географическая характеристики бассейна сибирских рек 30
2.1.1. Бассейны рек Обь, Надым, Пур, Таз 30
2.1.2. Бассейн реки Енисей и рек Севера Средней Сибири 34
2.1.3. Бассейн реки Лена 38
2.3 Водохозяйственная деятельность в бассейнах сибирских рек 39
3. Материалы и методы оценки многолетних изменений водного стока рек . 43
3.1 Источники данных 43
3.2 Методика оценки изменений водного ст ока рек 44
3.2.1 Критерии отбора пунктов наблюдений 44
3.2.2 Восстановление рядов наблюдений 44
3.2.3 Выбор репрезентативного ряда наблюдений 46
3.2.4 Оценка изменчивости водного режима 47
3.3 Особенности применения методики для оценки изменений стока
крупных рек 52
3.4 Исходные данные 53
4. Динамика стока сибирских рек 56
4.1 Динамика стока крупнейших сибирских рек 56
4.2 Динамика стока крупных рек Арктической зоны Западной Сибири 61
4.3 Динамика стока средних и малых рек Арктической зоны Западной и
Средней Сибири 64
4.4 Взаимосвязь колебаний речного стока и климатических изменений .... 69
5. Учёт динамики речного стока при планировании водохозяйственной
деятельности 75
Заключение 80
Список использованных источников 82
Приложение А. Основные статистические характеристики рядов объёма стока сибирских рек 98
Приложение Б. Линейные тренды рядов объёма стока сибирских рек 103
1. Изученность влияния климатических изменений на водный сток рек 8
1.1 Теоретико-методологические основы исследования 8
1.2 Изученность закономерностей динамики водного стока рек под
влиянием климатических изменений 16
1.3 Изученность влияния изменений климата на колебания водного стока
рек Сибири 22
1.4 Показатели динамики климатических процессов 26
2. Характеристика района исследования 28
2.1 Границы исследуемого района 28
2.2 Физико-географическая характеристики бассейна сибирских рек 30
2.1.1. Бассейны рек Обь, Надым, Пур, Таз 30
2.1.2. Бассейн реки Енисей и рек Севера Средней Сибири 34
2.1.3. Бассейн реки Лена 38
2.3 Водохозяйственная деятельность в бассейнах сибирских рек 39
3. Материалы и методы оценки многолетних изменений водного стока рек . 43
3.1 Источники данных 43
3.2 Методика оценки изменений водного ст ока рек 44
3.2.1 Критерии отбора пунктов наблюдений 44
3.2.2 Восстановление рядов наблюдений 44
3.2.3 Выбор репрезентативного ряда наблюдений 46
3.2.4 Оценка изменчивости водного режима 47
3.3 Особенности применения методики для оценки изменений стока
крупных рек 52
3.4 Исходные данные 53
4. Динамика стока сибирских рек 56
4.1 Динамика стока крупнейших сибирских рек 56
4.2 Динамика стока крупных рек Арктической зоны Западной Сибири 61
4.3 Динамика стока средних и малых рек Арктической зоны Западной и
Средней Сибири 64
4.4 Взаимосвязь колебаний речного стока и климатических изменений .... 69
5. Учёт динамики речного стока при планировании водохозяйственной
деятельности 75
Заключение 80
Список использованных источников 82
Приложение А. Основные статистические характеристики рядов объёма стока сибирских рек 98
Приложение Б. Линейные тренды рядов объёма стока сибирских рек 103
Постоянный рост хозяйственной активности в коммунально -бытовой, промышленной и сельскохозяйственной отраслях в бассейнах крупных рек, впадающих в Северный Ледовитый океан, требует использования все большего количества водных ресурсов. Водные ресурсы относят ся к категории возобновляемых ресурсов, однако их количество и качество может существенно изменяться как в связи с нерациональным их использованием, так и по причинам природного характера, в первую очередь из -за колебаний климата. Это может при неблагоприятных условиях отрицательно сказаться на хозяйственной деятельности, на состоянии природных комплексов и на здоровье населения.
Если вопрос антропогенного влияния на качество водных ресурсов рек, впадающих в Северный Ледовитый океан к настоящему времени дос таточно хорошо изучен, то влияние климатических изменений на сток рек при планировании водохозяйственной деятельности во многом изучено явно недостаточно. Это связано, прежде всего, с ограниченным объемом фактических наблюдений на средних и малых реках Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ), несовершенством моделей климатических изменений на глобальном и региональном уровнях, существующих подходах к оценке стоковой составляющей водного баланса в бассейнах крупных рек в связи с различиями в ус ловиях формирования стока по всей длине водотока.
Во избежание неблагоприятных последствий необходимо планирование рациональной водохозяйственной деятельности, учитывающей как антропогенное влияние на водные ресурсы, так и изменения природного характера, и в первую очередь влияние колебаний климата.
В связи с этим целью настоящей работы является выявление закономерностей изменчивости водного стока сибирских рек и их связи с 4
климатическими параметрами, а также разработка рекомендаций по долгосрочному планированию водохозяйственной деятельности.
Для достижения цели, требуется решить следующие задачи:
- провести аналитический обзор изученности влияния климатических изменений на сток сибирских рек;
- составить характеристику района исследования, в том числе физикогеографических условий и водохозяйственного комплекса;
- составить комплексную методику анализа объёма речного стока и адаптировать её к крупным, средним и малым рекам;
- выявить особенности влияния климатических изменений на водный сток сибирских рек.
Объектом исследования являются реки Обь, Енисей, Лена, Надым, Пур, Таз, а также малые и средние реки Арктической зоны Ямало -Ненецкого Автономного округа и Красноярского края. Предметом - динамика стока и его связь с метеорологическими параметр ами.
Теоретической основой исследования послужили фундаментальные труды таких учёных-гидрологов как В.Г. Андреянов, В.С. Антонов, Н.В. Бабкин, К.П. Воскресенский, В.Г. Глушков, В.А. Земцов, В.В. Иванов, Р.А. Константинов, П.С. Кузин, Г.А. Плиткин, И.А. Шикломанов, А.И. Шикломанов и других.
В работе используется географо -гидрологический подход. Обработка и анализ данных о режиме поверхностных вод проводилась графическими методами (разностные-интегральные кривые, сглаженные кривые) и статистическими (описательная статистика анализ распределения данных, анализ на однородность временных рядов,анализ трендов иих значимости). Восстановление пропусков в рядах гидрологических данных осуществлялась по методу гидрологической аналогии.
...
Если вопрос антропогенного влияния на качество водных ресурсов рек, впадающих в Северный Ледовитый океан к настоящему времени дос таточно хорошо изучен, то влияние климатических изменений на сток рек при планировании водохозяйственной деятельности во многом изучено явно недостаточно. Это связано, прежде всего, с ограниченным объемом фактических наблюдений на средних и малых реках Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ), несовершенством моделей климатических изменений на глобальном и региональном уровнях, существующих подходах к оценке стоковой составляющей водного баланса в бассейнах крупных рек в связи с различиями в ус ловиях формирования стока по всей длине водотока.
Во избежание неблагоприятных последствий необходимо планирование рациональной водохозяйственной деятельности, учитывающей как антропогенное влияние на водные ресурсы, так и изменения природного характера, и в первую очередь влияние колебаний климата.
В связи с этим целью настоящей работы является выявление закономерностей изменчивости водного стока сибирских рек и их связи с 4
климатическими параметрами, а также разработка рекомендаций по долгосрочному планированию водохозяйственной деятельности.
Для достижения цели, требуется решить следующие задачи:
- провести аналитический обзор изученности влияния климатических изменений на сток сибирских рек;
- составить характеристику района исследования, в том числе физикогеографических условий и водохозяйственного комплекса;
- составить комплексную методику анализа объёма речного стока и адаптировать её к крупным, средним и малым рекам;
- выявить особенности влияния климатических изменений на водный сток сибирских рек.
Объектом исследования являются реки Обь, Енисей, Лена, Надым, Пур, Таз, а также малые и средние реки Арктической зоны Ямало -Ненецкого Автономного округа и Красноярского края. Предметом - динамика стока и его связь с метеорологическими параметр ами.
Теоретической основой исследования послужили фундаментальные труды таких учёных-гидрологов как В.Г. Андреянов, В.С. Антонов, Н.В. Бабкин, К.П. Воскресенский, В.Г. Глушков, В.А. Земцов, В.В. Иванов, Р.А. Константинов, П.С. Кузин, Г.А. Плиткин, И.А. Шикломанов, А.И. Шикломанов и других.
В работе используется географо -гидрологический подход. Обработка и анализ данных о режиме поверхностных вод проводилась графическими методами (разностные-интегральные кривые, сглаженные кривые) и статистическими (описательная статистика анализ распределения данных, анализ на однородность временных рядов,анализ трендов иих значимости). Восстановление пропусков в рядах гидрологических данных осуществлялась по методу гидрологической аналогии.
...
В настоящей работе произведена оценка колебаний стока рек Обь, Енисей, Лена, Пур, Таз, а также средних и малых рек Арктической зоны Западной и Средней Сибири.
1. В настоящее время основным подходом к оценке многолетних изменений стока рек является гидролого-географический подход, основывающийся на сопоставлении динамики стока рек и физико - географических факторов окружающей среды, в том числе метеорологических и факторов подстилающей поверхности.
2. Ключевым стокоформирующим фактором в бассейнах исследуемых рек являются осадки. Однако, на водный сток рек Западной Сибири влияние оказывает также фактор естественной зарегулированности, обусловленный высокой озёрностью, заболоченностью и лесистостостью. Воздействие этого фактора проявляется в сглаживании влияния многолетней изменчивости осадков.
3. Для анализа динамики речного водного стока, в данной работе была составлена комплексная методика с учётом особенностей изменчивости стока крупных, средних и малых рек.
4. Для рек разных физико-географических зон характерны различные тенденции в изменениях среднегодов ого стока на фоне современных изменений климата, однако на большинстве исследуемых водосборов наблюдается значимое увеличение зимнего стока. Положительные тенденции в динамике стока привели к увеличению частоты многоводных лет в современный климатический п ериод. Отмечено, что в многоводную фазу увеличивается амплитуда колебаний в динамике стока. Однако, для ряда рек (р. Обь, реки лесной зоны севера Средней Сибири) характерно увеличение частоты лет со стоком ниже нормы по сравнению с предыдущим климатическим периодом.
5. Сопоставление стока средних рек, наиболее полно отражающих климатические изменения, в Арктической зоне Западной и Средней Сибири, позволило сделать вывод, что для них не характерна синхронность чередования фаз водности, что связано с физико -географическими условиями исследуемых бассейнов. Асинхронность колебаний фаз водности лесотундровой и лесной зон Арктической зоны Средне й Сибири позволяет сделать вывод о правомерности использования водноресурсной границы Арктики для анализа гидрологического режима рек в условиях меняющегося климата.
6. Анализ изменений стока, осадков и индексов атмосферной циркуляции не позволил сделать выво д о наличии значимых статистических связей. Для рядов сумм осадков выделяются отдельные периоды с преобладанием положительных и отрицательных аномалий. Их временные границы не совпадают с фазами изменений атмосферных процессов.
7. Динамика стока при планировании водохозяйственной деятельности учитывается на этапе расчётов водохозяйственных балансов. Для малоизученных районов они производятся по упрощённой схеме, при которой не берется в расчёт влияние климатических изменений. В связи с этим, на основе полученных результатов предлагается использовать водноресурсную границу Арктики для разработки обобщённых критериев изменений климата в бассейнах арктических рек с целью дальнейшего их использования при долгосрочном планировании водохозяйственной деятельности.
1. В настоящее время основным подходом к оценке многолетних изменений стока рек является гидролого-географический подход, основывающийся на сопоставлении динамики стока рек и физико - географических факторов окружающей среды, в том числе метеорологических и факторов подстилающей поверхности.
2. Ключевым стокоформирующим фактором в бассейнах исследуемых рек являются осадки. Однако, на водный сток рек Западной Сибири влияние оказывает также фактор естественной зарегулированности, обусловленный высокой озёрностью, заболоченностью и лесистостостью. Воздействие этого фактора проявляется в сглаживании влияния многолетней изменчивости осадков.
3. Для анализа динамики речного водного стока, в данной работе была составлена комплексная методика с учётом особенностей изменчивости стока крупных, средних и малых рек.
4. Для рек разных физико-географических зон характерны различные тенденции в изменениях среднегодов ого стока на фоне современных изменений климата, однако на большинстве исследуемых водосборов наблюдается значимое увеличение зимнего стока. Положительные тенденции в динамике стока привели к увеличению частоты многоводных лет в современный климатический п ериод. Отмечено, что в многоводную фазу увеличивается амплитуда колебаний в динамике стока. Однако, для ряда рек (р. Обь, реки лесной зоны севера Средней Сибири) характерно увеличение частоты лет со стоком ниже нормы по сравнению с предыдущим климатическим периодом.
5. Сопоставление стока средних рек, наиболее полно отражающих климатические изменения, в Арктической зоне Западной и Средней Сибири, позволило сделать вывод, что для них не характерна синхронность чередования фаз водности, что связано с физико -географическими условиями исследуемых бассейнов. Асинхронность колебаний фаз водности лесотундровой и лесной зон Арктической зоны Средне й Сибири позволяет сделать вывод о правомерности использования водноресурсной границы Арктики для анализа гидрологического режима рек в условиях меняющегося климата.
6. Анализ изменений стока, осадков и индексов атмосферной циркуляции не позволил сделать выво д о наличии значимых статистических связей. Для рядов сумм осадков выделяются отдельные периоды с преобладанием положительных и отрицательных аномалий. Их временные границы не совпадают с фазами изменений атмосферных процессов.
7. Динамика стока при планировании водохозяйственной деятельности учитывается на этапе расчётов водохозяйственных балансов. Для малоизученных районов они производятся по упрощённой схеме, при которой не берется в расчёт влияние климатических изменений. В связи с этим, на основе полученных результатов предлагается использовать водноресурсную границу Арктики для разработки обобщённых критериев изменений климата в бассейнах арктических рек с целью дальнейшего их использования при долгосрочном планировании водохозяйственной деятельности.
