Современные изменения внутригодового распределения стока реки Северная Двина



Рассмотрены особенности внутригодового распределения стока реки Северная Двина в современный период. Выделены изменения, которые происходят в последние 30 лет. Отмечено перераспределение стока между месяцами и сезонами года.

Ключевые слова: водный режим, внутригодовое распределение стока, сезонный сток, изменения климата

Изучение внутригодового распределения стока является одной из важных задач современной гидрологии. Выполненные расчеты позволяют установить различные водохозяйственные параметры, обеспечить безопасность населения.

В настоящее время широко обсуждаются проблемы глобального изменения климата. Известно, что происходящие в последние десятилетия климатические изменения влияют как на природные условия, так и на хозяйственную деятельность. При этом последние обобщения гидрологических характеристик были выполнены в конце 1970-х годов. Поэтому необходимо производить расчеты гидрологических характеристик с учетом всех данных за последние годы и выявлять тенденции их изменения с учетом изменения климатических характеристик в современных условиях [1].

В настоящей работе был произведен анализ метеорологических данных в бассейне реки Северная Двина. В частности, были построены многолетние зависимости среднегодовой температуры воздуха. Отдельно были рассмотрены несколько периодов наблюдений — весь период наблюдений, а также с разбивкой на две части по середину 1970-х годов. Выбор границ расчетных периодов обусловлен исследованиями, в которых отмечается, что примерно с этого времени на рассматриваемой территории начинает наблюдаться более явные изменения метеорологических параметров [2, 3]. Анализ среднегодовой температуры воздуха показал, что значительных изменений в начальный период не наблюдается, в то время как в современных условиях (с середины 1970-х годов) наблюдается значительный рост среднегодовой температуры.

Рис. 1. Среднегодовая температура воздуха

Исследование внутригодового распределения стока реки производилось отдельно для двух периодов — с начала наблюдений по середину 1970-х и за современный период в соответствии с выявленными климатическими изменениями. Определение расчетного календарного внутригодового распределения стока произведено, согласно нормативной документации, методом компоновки [4].

В годовом водном режиме реки можно выделить три основных сезона формирования стока: период преобладания стока талых вод; период преобладания дождевого питания; период наличия ледовых явлений. Исходя из этого, за начало водохозяйственного года был принят апрель — месяц, соответствующий наиболее ранней дате начала половодья. К весенним были отнесены месяцы с апреля по июнь, летне-осенний период составили месяцы с июля по ноябрь, к зимним месяцам отнесен период с декабря по март. Таким образом, за лимитирующий период принята часть года с июля по март, за лимитирующий сезон — с декабря по март.

Для рядов сумм расходов за водохозяйственный год, лимитирующий период и лимитирующий сезон был произведен анализ статистической однородности, расчет параметров кривых распределения вероятностей и расчетных квантилей, построены эмпирические и аналитические кривые распределения сумм расходов за водохозяйственный год, лимитирующий период и лимитирующий сезон. В качестве аналитической кривой выбрана кривая Пирсона III типа, которая во всех случаях хорошо соответствует эмпирическим точкам.

В таблицах представлены результаты расчета относительного (в процентах от объема стока за водохозяйственный год) распределения речного стока по месяцам и водохозяйственным периодам и сезонам для различных градаций (групп) водности. Расчетные обеспеченности принимались равными 5 % (очень многоводный год), 25 % (многоводный год), 50 % (средний по водности), 75 % (маловодный год), 95 % (очень маловодный год).

Заметим, что в целом, как и на других северных реках происходит незначительное перераспределение стока внутри года [5]. Так, доля весеннего стока остается практически неизменной для маловодных и средних по водности лет, незначительно увеличивается для многоводных лет и достаточно сильно увеличивается для очень маловодных и очень многоводных лет. Наблюдается в современный период снижение летне-осенних расходов, также особенно в очень маловодные и очень многоводные годы. Изменения зимнего стока при этом практически не наблюдаются и составляют менее 1 %.

Таблица 1

Внутригодовое распределение стока по сезонам

Период	Весна	Лето-Осень	Зима
	% от годового
Для очень маловодных лет (95 %)
начальный	63,4	26,5	10,1
современный	68,7	21,7	9,67
Для маловодных лет (75 %)
начальный	64,2	26,3	9,51
современный	65,2	24,6	10,2
Для средних по водности лет (50 %)
начальный	62,0	28,3	9,68
современный	62,8	26,9	10,4
Для многоводных лет (25 %)
начальный	58,4	31,5	10,1
современный	60,5	29,0	10,5
Для очень многоводных лет (5 %)
начальный	50,8	38,2	11,0
современный	57,3	32,2	10,5

Таблица 2

Внутригодовое распределение стока по месяцам

Период	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	I	II	III
	% от годового
Для очень маловодных лет (95 %)
начал.	10,1	34,2	19,1	7,98	4,69	4,99	5,94	3,66	3,43	2,57	2,13	1,93
совр.	7,69	42,3	18,7	5,65	4,01	4,18	4,87	3,29	3,03	2,49	2,15	2,01
Для маловодных лет (75 %)
начал.	8,92	36,7	18,7	7,70	4,34	3,68	6,94	4,89	3,15	2,47	2,04	1,85
совр.	7,30	40,2	17,7	6,42	4,55	4,75	5,54	3,74	3,19	2,62	2,26	2,12
Для средних по водности лет (50 %)
начал.	6,95	35,6	19,5	5,01	3,73	6,62	5,06	9,67	3,31	2,56	2,03	1,78
совр.	6,84	38,3	17,6	4,32	5,07	6,28	3,65	8,46	3,28	2,76	2,31	2,06
Для многоводных лет (25 %)
начал.	6,48	34,9	17,1	7,16	4,95	6,72	8,71	4,01	3,43	2,69	2,14	1,81
совр.	8,10	36,9	15,5	8,74	5,43	5,34	5,92	3,60	3,34	2,73	2,35	2,11
Для очень многоводных лет (5 %)
начал.	3,01	31,7	16,1	8,63	6,03	5,00	8,40	10,1	3,89	2,93	2,28	1,93
совр.	7,68	35,0	14,7	9,68	6,02	5,92	6,56	3,99	3,33	2,72	2,34	2,10

Результаты расчетов представлены графически. На рисунке 2 показано изменение внутригодового распределения стока в соответствии с выделенными группами водности: а) очень маловодный год, б) маловодный год, в) средний по водности, г) многоводный год, д) очень многоводный год. На графиках представлены два расчетных периода, штриховкой выделен современный.

Рис. 2. Внутригодовое распределение стока

Анализ графиков показал, что для всех групп водности наблюдается перераспределение стока внутри нелимитирующего периода (весна) — увеличение стока в мае и уменьшение в июне, а также для лимитирующего сезона (зимние месяцы) — уменьшение стока в декабре-январе и увеличение в феврале-марте. В нелимитирующий сезон наблюдается аналогичная картина с перераспределением стока между месяцами во всех случаях, кроме группы очень маловодных лет, когда сток во все месяцы снижается.

Литература:

1. Фролова Н. Л., Киреева М. Б., Агафонова С. А., Евстигнеев В. М., Ефремова Н. А., Повалишникова Е. С. Внутригодовое распределение стока равнинных рек Европейской территории России и его изменение // Водное хозяйство России. — 2015. — № 4. — С. 4–20.

2. Грищенко И. В., Водовозова Т. Е. Тенденции в изменении климата и опасных явлений погоды на территории Архангельской области и Ненецкого автономного округа // Экология человека. — 2011. — № 6. — С. 22–27.

3. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Т. I. Изменения климата. — М., 2008. — 228 с.

4. СП 33–101–2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России, 2004. 73 с.

5. Винокуров И. О. Внутригодовое распределение стока реки Печора в современных условиях // Природное и культурное наследие: междисциплинарные исследования, сохранение и развитие. Коллективная монография по материалам IV Международной научно-практической конференции. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2016. — С. 79–81.