Гидрологические аспекты проблемы уровня Каспия

Гидрологические аспекты проблемы уровня Каспия

Введение.

Уникальный природный водоем нашей планеты - Каспийское море расположено на

крайнем юго-востоке Европейской территории России Море лежит на границе

двух крупных частей единого материка Евразии.Географические координаты

крайних точек современной акватории Каспийского моря (без Кара-Богаз-Гола):

на севере — 47° 07' с.ш., на юге — 36° 33' с.ш.; на западе — 46° 43' в.д. и

на востоке — 54°03'в.д.

Каспий занимает крупную и глубокую материковую депрессию в пределах самой

обширной в Европе и СССР области внутреннего стока, не имеет связи с

Мировым океаном, и уровень моря лежит на 28 м ниже уровня океана.

По размерам своей котловины Каспийское море — крупнейший на Земле

замкнутый водоем. Его общая площадь равна 378 400 км2, что составляет 18%

общей площади озер земного шара и в 4,5 раза превышает площадь второго по

величине озера мира - Верхнего (84 100 км2. Северная Америка) [Николаева,

1971; Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли, 1974]. Вместе с тем

площадь Каспийского моря соизмерима и даже значительно превосходит площадь

некоторых морей Мирового океана:

Балтийского (387000 км2), Адриатического (139000 км2), Белого (87 000км2)

[Атлас океанов, 1977, 1980].

Каспийскому морю. в целом присуще субмеридиональное простирание.

Наибольшая протяженность его с севера на юг составляет 1030 км (по

меридиану 50° 00' в.д.) . Наибольшая ширина достигает 435 км (по параллели

45°30'с.ш.), наименьшая - 196км (по параллели 40° 30'с.ш.).

Каспийское море — глубоководный водоем с сильно развитой шельфовой зоной.

По величине максимальной глубины впадины — 1025 м — Каспий уступает лишь

двум самым глубоким озерам мира — Байкалу (1620 м) и Танганьике (1435 м)

[Малый атлас мира, 1981]. Средняя глубина Каспийского моря, рассчитанная по

батиграфической кривой, равна 208 м.

Исходя из особенностей морфологического строения и физико-

географических условий. Каспийское море принято делить на три части:

Северный, Средний и Южный Каспий. За условную границу между Северным и

Средним Каспием обычно принимают линию, соединяющую о-в Чечень с м. Тюб-

Караган, а между Средним и Южным Каспием линию о-в Жилой—м. Куули В

пределах Северного Каспия выделяют также западную и восточную части.

Для Каспийского моря, как и для любого замкнутого водоема, характерны

значительные изменения природных условий, обусловленные комплексом

климатических, гидрологических и геологических процессов, протекающих в

пределах его водосборного бассейна. Среди компонентов природного комплекса

моря весьма существенно изменяются морфомет-рия и топография водоема. Так,

наблюдавшееся в 30-х годах текущего столетия уменьшение увлажненности в

бассейне Каспия обусловило значительное сокращение объема вод и резкое (1,8

м) понижение уровня моря. Это привело к сокращению площади водной

поверхности, изменению конфигурации береговой линии, уменьшению глубин. В

поледнее время наблюдается обратный процесс. Уровень Каспия из года в год

возрастает что вызывает затопление огромных территорий.

ВОДНЫЙ БАЛАНС И УРОВЕНЬ МОРЯ.

Непостоянство уровня поверхности Каспийского моря — одна из главных

особенностей его гидрологического режима. В вековом ходе уровня Каспийского

моря выделяются циклические колебания различной продолжительности.

Вплоть до 30-х годов текущего столетия водный баланс Каспийского моря

формировался под влиянием естественных климатических факторов, в результате

их долговременных изменений. С середины 30-х годов на реках Каспийского

бассейна началось интенсивное водохозяйственное строительство, влияние

которого стало ощутимо сказываться в 50-е годы. К началу 70-х годов

практически все крупные реки бассейна были зарегулированы, заполнены и

пущены в эксплуатацию водохранилища. В результате этого уменьшился объем

речного стока и изменилось его внутригодовое распределение. В 30-е годы

уменьшение суммарного притока речных вод в Каспий не превышало 5—7 км3 в

год, в настоящее время безвозвратные изъятия достигают в отдельные годы

около 50 км3 в год. Следовательно, помимо влияния климатических факторов,

величина поверхностного притока в море испытывает ощутимое дополнительное

влияние антропо-генной деятельности.

Исследование водного баланса за 1900—1982 гг. показало, что величины его

приходной части почти все время были меньше, чем расходной, в основном за

счет притока рек (табл. 1). Дефицит баланса, составивший в среднем 14

км3/год, обусловил общую тенденцию снижения уровня моря, продолжавшегося до

1977 г. включительно. Лишь в отдельные непродолжительные отрезки времени

приход воды в море превышал расход и происходило повышение или стабилизация

уровня (рис. 1).

Поверхностный приток в море складывается из стока рек Волги, Урала,

Терека, Сулака, Самура, Куры, малых кавказских рек и рек Иранского

побережья. Волга, бассейн которой составляет около 40% территории

водосборного бассейна Каспия, определяет основную часть поверхностного

притока к морю, достигающую около 80% общего его объема.

Изменения многолетнего сезонного стока Волги в различные отрезки времени

достигают значительных величин (табл. 2).

Благоприятные гидрометеорологические условия в бассейне моря, сложившиеся

в начале столетия (1900—1929 гг.), обусловили значительный приток речных

вод к морю и относительно высокое положение его уровня (см. рис. 1). В 30-е

годы в бассейнах Волги и Урала наблюдался затяжной маловодный период.

Величина волжского стока сократилась до 200 км3 в год, в то время как в

1900—1929 гг. она достигала 250 км3 в год. Главная причина этой

маловодности — потепление климата, охватившее все северное полушарие. В

результате значительно уменьшилось количество атмосферных осадков, главным

образом осенне-зимних, формирующих основной объем стока Волги.

В период 1942—1969 гг. бассейну моря был присущ более умеренный климат,

поэтому водоносность рек несколько увеличилась и темпы падения

Таблица 1. Составляющие водного баланса Каспийского моря

[pic]

[pic]

[pic]

уровня замедлились. Однако в первой половине 70-х годов в бассейне

Каспийского моря опять сложились неблагоприятные гидрометеорологические

условия и произошло падение уровня моря до самой низкой отметки за все

время проведения инструментальных наблюдений — до —29,0 м (1977 г.).

Величина суммарного речного стока в 1970—1977 гг. оказалась даже ниже, чем

в период интенсивного падения уровня в 30-х годах. Сток Волги уменьшился до

207 км3/год и был ниже средней многолетней нормы за 1900-1982 гг. -238

км3/год.

Изменение характера увлажненности в бассейне Каспия, наступившее в конце

70-х годов, привело к увеличению атмосферных осадков, водоносность Волги

резко повысилась, и произошел быстрый подъем уровня моря (см. табл. 2, рис.

1).

За исследованный период (1900-1982 гг.) разность между максимальным и

минимальным поверхностным притоком в море составляет 260 км3. Наибольший

суммарный поверхностный приток — около 460км3 - отмечался в 1926г., а

наименьший - 200 км3 - в 1975 г.

Внутригодовое распределение поверхностного притока в Каспий, несмотря на

различие физико-географических условий речных бассейнов и специфические

особенности годового стока отдельных рек, почти полностью соответствует

внутригодовому распределению стока Волги, составляющего основную долю

общего притока в море.

В течение года четко выделяется максимум стока в мае—июне, в период

прохождения половодья. В это время в море ежемесячно поступает

[pic]

Рис. 1. Многолетние изменения стока Волги (км3/год) (д), уровня моря

(м БС) (б): 1 — фактический, 2 — естественный

17—26% величины годового стока. Меньше всего речной воды поступает в зимние

месяцы: в январе—феврале 3—7% годового стока.

Интенсивное использование водных ресурсов рек, начавшееся с 50-х годов,

привело к уменьшению величины поверхностного притока в море, его

внутригодовому перераспределению и, как следствие, к дополнительному

снижению уровня моря (см. рис. 1). В 70-х годах уменьшение величины

волжского стока за счет безвозвратных изъятий на народнохозяйственные нужды

составляло уже около 20 км3 в год [Шикломанов, 1976], что равняется 50%

ежегодных суммарных изъятий из рек Каспийского бассейна. Всего с 1940 по

1982 г. море "недополучило" свыше 800 км3 речной воды, что может быть почти

соизмеримо с трехлетним стоком Волги в среднеклиматических условиях.

Поскольку объем атмосферных осадков, выпадающих на акваторию моря,

существенно меньше объема речного стока, влияние осадков на межгодовые

изменения уровня моря значительно меньше, чем речного стока.

С начала столетия прослеживается тенденция увеличения осадков, выпадающих

на поверхность моря. Их доля в водном балансе изменялась от 15% в начале

столетия до 23% в 1978—1982 гг., когда на поверхность моря в среднем за год

выпадало 257 мм, что существенно превышало среднемноголетнюю норму (191

мм). Наибольшее количество осадков — около 112 км3 (308 мм) — было

зарегистрировано в 1969 г., наименьшее — около 50 км3 (132 мм) — в 1944 г.

Таким образом, размах колебаний количества осадков составил около 60 км3

(178 мм слоя). В течение года наименьшее количество осадков выпадает в

летние месяцы — июль-август(табл. 3).

Табл. 2. Внутригодовое распределение стока Волги (у с. Верхнего Лебяжьего)

в 1900-1982 гг

[pic]

Табл. 3. Внутригодовое распределение количества атмосферных осадков

выпадающих на поверхность Каспия.

[pic]Испарение с поверхности моря — основная расходная составляющая водного

баланса. Из-за отсутствия достаточного количества фактических наблюдений

его величина в настоящее время оценивается по различным теоретическим и

эмпирическим формулам. Использование методики расчета, разработанной в

ГОИНе [Гоптарев, Панин, 1970], позволило уточнить межгодовое и

Внутригодовое распределение величин испарения по акватории Каспия. На

акватории моря наиболее высокая величина испарения характерна для Северного

Каспия, а наиболее низкая — для Среднего Каспия.

Анализ межгодовых изменений величин испарения в текущем столетии показал,

что самое интенсивное испарение было в 30-х годах, чему способствовала

засушливость климата, связанная с преобладанием антициклонического режима

циркуляции атмосферы на значительной части ETC, что вызвало повышенное

испарение не только в водосборном бассейне моря, но и на его акватории. В

это время с поверхности моря ежегодно испарялось около 395 км3 воды —

намного больше, чем ее поступало в море. В результате в 1930—1941 гг. море

"потеряло" около 740 км3 воды.

Для испарения с поверхности Каспия характерны незначительные межгодовые

изменения, свидетельствующие об относительной устойчивости этого фактора.

Однако следует отметить, что в связи с понижением уровня моря и

соответствующим сокращением площади его зеркала происходит изменения объема

испаряющейся воды.

Сезонная изменчивость испарения более значительна, чем межгодовая. Так, с

июня по декабрь с поверхности моря испаряется около 70% годового объема

воды (табл. 4).

К расходным составляющим водного баланса до 1980 г. относился также сток

морских вод из Каспия в залив Кара-Богаз-Гол. Непосредственные наблюдения

за стоком в залив велись с 1928 г. Среднемноголетняя величина стока за

1900—1979 гг. составила около 15 км3/год.

В начале столетия в залив стекало до 30 км3 в год, в последующие годы, в

связи с сокращением речного притока и понижением уровня моря, объем стока

морских вод в залив постоянно сокращался (см. табл. 1).

С целью сокращения величины расходной составляющей водного баланса Каспия

в 1980 г. Кара-Богаз-Гол был отделен от моря глухой плотиной, сток морских

вод в залив прекратился. Перекрытие Кара-Богаз-Гола позволило "сэкономить"

до 1985 г. более 40 км3 морской воды, что в общем повышении уровня моря

составило около 17 см слоя, и уровень моря ежегодно стал в среднем на

2,5—2,7 см выше, чем при существовании стока в залив.

Роль подземного притока в море в водном балансе Каспия незначительна,

величина его ориентировочно оценивается в 4 км3/год [Потайчук, 1970].

За историческое время происходила неоднократная смена низких и' высоких

стояний уровня Каспия (рис. 2). В середине XVI в. уровень моря находился на

отметке —26,6 м в последующее столетие произошло повышение уровня до —23,9

м, а в начале XVIII в. уровень опустился до отметки —26 м. После этого

значительного снижения начался период высокого стояния уровня, и к началу

XIX в. (1805 г.) его отметка достигла -22 м [Берг, 1934; Аполлов, 1951;

Федоров, 1957; Николаева, Хан-Магомедов, 1962]. С начала проведения

инструментальных наблюдений (1837 г.) и до начала XX в. уровень сохранял

положение в среднем около —25,8 м. С 1900 по 1929 г. изменения уровня были

незначительными и происходили около средней отметки —26,2 м. Это

относительно равновесное положение уровня сменилось его резким снижением: с

1930 по 1941 г. оно составило 1,8 м и -было связано с крупномасштабными

климатическими изменениями. В последующие годы снижение уровня Каспия

происходило более медленно, а в 60-е годы наблюдалась некоторая его

стабилизация около отметки —28,4 м. В первой половине 70-х годов произошло

понижение уровня до экстремально низкой за последние 150 лет отметки: -29 м

в 1977 г. Общее снижение с 1900 по 1977 г. составило 3 м, в том числе за

счет хозяйственной деятельности — около 1 м. С 1978 г. уровень Каспия стал

резко повышаться и в 1985 г. достиг отметки —27,97 м,т.е. поднялся более

чем на метр.

Современное повышение уровня не представляет собой аномального явления.

Как отмечалось, значительные колебания уровня наблюдались как в прошлом,

так и в текущем столетии. Так, приращение уровня на 20-30 см в год

отмечалось в 1865-1866, 1895-1896, 1933-1934, 1937-1938 гг. Повышение

уровня моря, наблюдающееся с 1978 г., обусловлено главным образом

увеличением объема поступающего в море волжского стока, а также количества

атмосферных осадков,выпадающих на поверхность моря. В 1978—1983 гг.

количество атмосферных осадков существенно превышало их среднюю многолетнюю

норму, достигнув 256 мм в год.

Внутригодовое изменение уровня имеет четко выраженный сезонный характер

(рис. 3), обусловленный изменчивостью составляющих водного баланса. В

зимнее время уровень - низкий, затем вследствие интенсивного поступления в

море речных вод наблюдается его весенне-летнии подъем. Основное накопление

воды в море происходит в июне—июле, и уровень достигает наивысшего

положения. С августа, в связи с уменьшением речного притока и увеличением

испарения с морской акватории, уровень постепенно понижается до зимнего

минимума, наблюдающегося в январе-феврале.

Средняя многолетняя величина внутригодрвых изменений уровня за 1900—1983

гг. составила 30 см (табл. 5). Наибольшая величина его

[pic]

Рис 2. Вековые изменения уровня Каспийского моря. 1500-1900-по Л. С. Бергу:

1901-1083 гг.-данные ГОИНа.

[pic]

Рис 3. Среднемноголнтние внутригодовые изменения уровня Каспийского моря

1 - 1942-1955 гг., 2 - 1956-1984гг., 3 – 1970-1977гг., 4 – 1978-1984гг.

годовых изменений наблюдалась в многоводный 1926 г. (50 см), наименьшая — в

маловодный 1975 г. (25 см).

Зарегулирование речного стока в бассейне Каспийского моря повлияло на

сезонный ход уровня. В современных условиях половодье на Волге начинается

на месяц-полтора раньше и проходит быстрее, чем до 50-х годов. Это приводит

к более раннему наступлению среднемесячного максимума в годовом ходе

уровня. Весенне-летние попуски речной воды вызывают некоторое сглаживание

хода уровня в это воемя года, а зимние попуски, наоборот, приводят к

повышению уровня. Таким образом, в целом в течение года ход уровня стал

более плавным (см. рис. 3).

Большой научный и практический интерес представляет разработка прогнозов

уровня моря. В настоящее время существует несколько методов. Во-первых, это

так называемые климатические (гелиогеофизи-

[pic]

[pic]

ческие) прогнозы. Они основаны на физических моделях, связывающих колебания

уровня Каспия или отдельных составляющих водного баланса с различными

внешними факторами — температурой воздуха и другими метеорологическими

характеристиками, атмосферной циркуляцией, солнечной активностью.

Многие авторы [Белинский, Калинин, 1946; Гире, 1971; Аполлов, Алексеева,

1959; Соскин, 1959; Эйгенсон, 1963; Антонов, 1963; и др.] проводили поиск

этих закономерностей временных изменений уровня моря, обусловленных

геофизическими и климатическими факторами. Однако климатический прогноз на

длительное время для таких обширных территорий, как бассейн Каспия,

продолжает оставаться одной из сложных и нерешенных проблем науки. Несмотря

на то что наличие солнечно-земных связей в настоящее время признано,

механизм этих связей и теоретическая сторона вопроса остаются во многом

неясными. Зависимости между уровнем моря и характеристиками атмосферной

циркуляции также далеко не всегда дают возможность получить прогноз на

длительное время.

Ко второй группе прогнозов относятся вероятностно-статистические методы,

суть которых состоит в вероятностном описании колебаний уровня исходя из

представлений о порождающих их климатических и гидрологических факторах как

о стохастических процессах [Крицкий и др., 1975]. Поскольку изменения

водного баланса и уровня Каспия обусловлены взаимодействием двух основных

факторов: поверхностного притока речных вод и видимого испарения

(атмосферные осадки минус испарение), то расчеты и моделирование рядов

этих характеристик- позволяют исследовать изменчивость уровня моря как в

естественных условиях формирования гидрологического режима, так и при

различных его нарушениях.

Страницы: 1, 2