Введение 4
1 Физико-географические особенности Северного края 6
1.1 Рельеф и геологическое строение 6
1.2 Климат 8
1.3 Температура воздуха 9
1.4 Осадки 10
1.5 Снежный покров 11
1.6 Почвы и растительность 12
1.7 Гидрография 14
1.8 Водный режим 16
2 Методы исследования 18
2.1 Методы анализа внутригодового распределения речного стока 18
2.1.1 Метод реального года 18
2.1.2 Метод компоновки по сезонам 19
2.1.3 Метод теории ПКСП 21
2.2 Методы анализа многолетней изменчивости речного стока 23
2.2.1 Квантильный анализ многолетней изменчивости 23
2.2.2 Фильтрация Баттерворта 25
2.2.3 Методы авторегрессии скользящего среднего 27
3 Разномасштабная изменчивость стока разнотипных рек 29
3.1 Исходные данные 29
3.2 Особенности внутригодового распределения стока 32
3.2.1 Результаты расчета методом реального года 32
3.2.2 Результаты расчета методом компоновки по сезонам 38
3.2.3 Результаты расчета методом теории ПКСП 51
3.3 Особенности многолетней изменчивости стока разнотипных рек 57
3.3.1 Результаты расчета методом квантильного анализа 57
3.3.2 Результаты фильтрации Баттерворта 62
3.4 Оценка зарегулированности речного стока 64
4 Термический режим в районе исследования 70
Заключение 71
Список литературы 73
Приложения 75
Северный край — это историко-географический регион, расположенный на северо-востоке Европейской части России, значительная часть которого находится за полярным кругом. Он охватывает территории Архангельской области, Ненецкого автономного округа, Республики Коми, Вологодской области и частично Кировской области.
Регион омывается водами морей Северного Ледовитого океана, включая Белое, Баренцево и Карское моря. Г еографически Северный край простирается от меридиана города Каргополь на западе до Уральских гор на востоке, охватывая бассейны рек Онеги, Северной Двины, Мезени, Печоры и Кары.
Площадь региона составляет примерно миллион квадратных километров. Он протягивается на 650-700 км с севера на юг и на 1000 км с запада на восток, находясь в диапазоне от 58° до 70° северной широты и от 38° до 65° восточной долготы.
Гидрометеорологическое обслуживание в регионе обеспечивается Северным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС) в Архангельске и Верхневолжским УГМС в Горьком.
В последние годы обширная территория Северного края приобретает все большее практическое значение благодаря строительству новых дорог, нефте- и газопроводов, а также других объектов хозяйственного назначения. Эти объекты часто пересекают несколько водосборов и рек, находящихся в различных физико-географических условиях. Территория Северного края характеризуется сравнительно однородным климатом и разнообразными свойствами подстилающей поверхности. Здесь протекают равнинные, горные, болотные, карстовые и озёрные реки. Тем не менее, гидрологическое изучение этой территории остается недостаточным.
Тщательное исследование водного режима рек Северного края необходимо для разработки эффективных методов борьбы с последствиями техногенных воздействий на водные объекты, а также для проведения экологической экспертизы новых технических проектов. Таким образом, актуальной задачей является изучение водного режима зарегулированных рек Северного края.
Цель данной работы заключается в изучении водного режима зарегулированных рек Северного края. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- Собрать исходные данные по расходам воды на реках с различным характером зарегулированности стока.
- Оценить внутригодовые колебания зарегулированных рек.
- Выполнить анализ многолетней изменчивости.
- Оценить регулирующую способность болот, озер и карста на сток рек.
Для решения задач использовались данные средних (месячных и годовых) расходов воды болотной реки Пёза, озерной реки Кена и карстовой реки Ухта. Период наблюдений расходов воды 1933-2021гг. для реки Кена и Ухта,и 1933- 1994гг. для реки Пёза. Также были использованы данные о температуре воздуха с метеостанции Сура. Период наблюдений 1924-2022гг.
В настоящей работе, для анализа внутригодовых и многолетних (межгодовых) колебаний водности зарегулированных рек Северного края (Кена, Пёза, Ухта), были использованы ряды расходов воды. Для характеристики многолетнего хода водности применялись средние годовые расходы, а для внутригодовых колебаний - средние месячные расходы.
Для оценки межгодовой изменчивости использовались квантильный анализ и метод периодически коррелированных случайных процессов для анализа ритмичности цикличности. Квантильный анализ показал, что для общей водности рек характерны как многоводные, так и маловодные годы, которые чаще наблюдаются разрозненно, чем группируются в циклы продолжительностью 2-3 года.
На реках Кена и Ухта наблюдается значимый тренд на повышение расходов. При этом на реке Кена тренд обусловлен наличием маловодного 6 -ти летнего периода в начале наблюдений (1936-1941 гг.) и многоводного периода в конце (2017, 2019-2020 гг.), а на реке Ухта - наличием экстремально
многоводных условий в конце периода наблюдений (2008, 2017, 2019 гг.).
Для характеристики внутригодовых колебаний водности рек использовались методы - реального года и компоновки по сезонам.
Полученные в результате расчета типовые гидрографы 90% обеспеченности характеризуют распределение речного стока внутри года.
Средние месячные расходы воды рассматривались как периодически коррелированные случайные процессы (ПКСП). Основными вероятностными характеристиками, описывающими внутригодовые колебания речного стока, были математическое ожидание m(t), дисперсия D(t) и корреляционные зависимости K(t, т). Эти характеристики адекватно отражают основные особенности внутригодовых колебаний зарегулированных рек Северного края. Сравнение параметров авторегрессии первого порядка (АР(1)) показало, что регулирующая способность факторов подстилающей поверхности (озеро, карст, болото) в основном проявляется в холодный период года.
Различия в особенностях корреляционных зависимостей внутригодовой изменчивости связаны с различной регулирующей способностью озёр, болот и карста.
