Реакция горных рек Кавказа на изменения климата

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 551.435

РЕАКЦИЯ ГОРНЫХ РЕК КАВКАЗА НА ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

О.В. Виноградова,

Н.Н. Виноградова,

В последнее время в связи с проблемой глобального потепления климата все больший интерес вызывают вопросы, касающиеся состояния водных ресурсов - одного из важнейших компонентов природной среды. При этом в последние десятилетия отмечается увеличение водных ресурсов и изменение внутригодового распределения стока во многих районах европейской части России [7, 8, 10]. Повышение температуры воздуха приводит к усилению интенсивности таяния ледников, что также влияет на водные ресурсы. Однако эти вопросы рассматривались в основном для крупных рек, для небольших горных рек они мало изучены. Поскольку сток рек - один из основных факторов формирования их русел, то актуальны и исследования особенностей деформаций русел горных рек в связи с изменениями климата.

Постановка проблемы. Обозначенная проблема включает два взаимосвязанных аспекта. Один из них - исследование изменений водности рек, обусловленных изменениями климата. Непосредственное влияние на водный сток рек таких климатических характеристик, как осадки, рассмотрено еще в работах Н.И. Маккавеева. [9] и М.А. Великанова [1]. В этих работах общие закономерности изменения стока связывают с зональностью климата. В последнее время вопрос о влиянии климата на изменение водности рек привлекает к себе особое внимание. При этом существуют разные точки зрения, связанные с представлениями исследователей о тенденциях изменения климата: носят ли они глобальный, направленный или циклический характер. Оценка влияния температуры воздуха, количества осадков и снегозапасов на многолетние изменения стока для относительно крупных рек (в том числе Кубани и Терека) приведена в монографии «Водные ресурсы России и их использование» [5], где вековые колебания стока рек связывают с климатическими ритмами, выделенными А.В. Шнитниковым [13, 14] и проанализированы изменения стока рек в зависимости от климатических характеристик в современных условиях. Другие исследователи отмечают направленное увеличение водности рек в связи с глобальным потеплением климата [7]. Дискуссионен и недостаточно изучен вопрос о влиянии таяния ледников на водность горных рек. Общепринято, что в горных реках, имеющих ледниковое питание, в процессе таяния ледника происходит увеличение расходов воды. В случае полной деградации питающего реку ледника водность рек снижается, однако этот вопрос изучен недостаточно.

Другой аспект поставленной проблемы касается влияния изменения климата на русловые процессы в горных реках. Некоторые вопросы изменения морфологии и морфо-метрии русел в зависимости от изменения климата рассмотрены для равнинных рек. Например, в результате исследования интенсивности деформаций русел равнинных рек Удмуртии, установлено увеличение скорости плановых смещений русел с возрастанием годового стока рек [11]. Для горных рек такие исследования немногочисленны [3,12]. Изучение колебания расходов воды в горных реках и особенностей русловых деформаций, связанных с климатическими изменениями, позволяют подойти к прогнозу тенденций изменения их водности и интенсивности деформаций русел, выявить закономерности формирования стока и факторы, влияющие на эти процессы.

Основными задачами проведенных исследований были: оценка изменений стока воды в горных реках Кавказа в связи с изменением климатической обстановки; выявление факторов, определяющих формирование стока горных рек в современных условиях; анализ характера и интенсивности деформаций русел в зависимости от изменений климата.

Материалы и методы исследований. Изменения водности рек изучались на примере горных рек Кавказа. Анализ проводился на основании многолетних данных Роскомгидромета о среднегодовых и среднемесячных расходах воды, как с помощью разностных интегральных кривых, так и изменения расходов в течение этих периодов. Расходы воды в реках сопоставлялись с климатическими характеристиками ( количеством осадков и температурой воздуха), фиксируемыми на метеорологических станциях, которые расположены в бассейнах исследуемых рек, и интенсивностью таяния ледников в бассейне р. Баксан, данные о которой представлены в работе Е.А. Золотарева [6].

Для оценки изменения морфологии русел и интенсивности деформаций обобщены результаты многолетних стационарных исследований на тех же горных реках Кавказа.

Результаты исследования и их обсуждение. Изменение водности горных рек Кавказа. Оценка изменения водности горных рек Кавказа за многолетний период, охваты-вающий вторую половину ХХ и начало ХХI в, проведена для двух групп рек: 1) на реках Баксан и Теберда, протекающих на Северном склоне Кавказского хребта и имеющих большую долю ледникового питания (35 - 45%); 2) на реках Бзыбь, Гумиста и Мзымта Черноморского побережья Кавказа, протекающих практически вне ледниковой зоны. Площадь оледенения в последних составляет доли процента. Исследуемые реки Кавказа характеризуются растянутым весенне-летним половодьем, частыми дождевыми паводками, придающими гидрографу гребенчатый вид. Протяженность рек составляет 50 - 170 км, уклоны изменяются от 7 до 27‰. Долины рек в верхнем течении глубоко врезаны, ограничены крутыми склонами.

При существенных колебаниях расходов от года к году на реках Северного склона Кавказского хребта (за исключением р. Теберда и верховьев р. Баксан - гидропост (г.п.). Тегенекли) и Черноморского побережья отмечается тренд их незначительного увеличение в течение всего периода наблюдений (рис. 1). На р. Баксан с 1978 по 2009 г., когда на территории России преобладали положительные аномалии температуры воздуха [5], увеличение среднегодовых расходов воды по сравнению с периодом до 1977 г. было незначительным и составляло 1 - 4%. На реках Черноморского побережья повышение расходов было существеннее. Средний расход воды р. Мзымта за 1978 - 2007 гг. возрос по сравнению с предшествующим периодом на 10,1%, рек Бзыбь и Гумиста за 1978 - 1988 гг. - на 10,6 и 49% соответственно. Однако сопоставимые по масштабу повышения расходов воды отмечались в некоторые периоды и в предыдущие десятилетия (рис. 1), что свидетельствует о повторяемости лет с повышенной водностью. воздух осадок сток река

В результате оценки общей тенденции изменения стока рек Кавказа по разностным интегральным кривым среднегодовых расходов воды выделены периоды повышенной и пониженной водности (таблица). Как видно из данных таблицы, наряду с короткими отрезками времени (3 - 7 лет) выделяются периоды продолжительностью в среднем 9 - 15 лет. В течение указанных периодов отмечаются отдельные годы с колебаниями стока в сторону его повышения или понижения, но они в целом не нарушают общего характера изменения водности. С конца 70-х г. XX в повышенной водностью отличаются периоды 1977 - 1990 гг. и 2001 - 2009 гг., а пониженной - 1964 - 1976. и 1990 - 2000 гг. Эти периоды с тем или иным разбросом совпадают по времени для рек Северного склона и Черноморского побережья Кавказа, что говорит о синхронности изменения расходов для обеих групп рек. Неоднократная смена этих периодов позволяет говорить об общей цикличности изменения водности исследуемых рек.

Наиболее показательны для характеристики стока его сезонные изменения, которые характеризуются трендом к повышению расходов во все сезоны при изменении внутригодового распределения. На исследуемых реках, как и на многих реках России [7], за период с 1978 г. отмечается незначительное уменьшение доли летнего стока (на 0,9 - 2,5%) и увеличение осенне-зимнего и весеннего (на 0,4 - 1,9%), что связано, скорее всего, с повышением доли зимних осадков и подземных вод в формировании стока. Что касается значений расходов воды в разные сезоны, то их изменения за сопоставляемые периоды были больше. Так, расходы воды р. Баксан в летний период возросли на 2,7 - 3,6%, в осенне-зимний период - на 5,9 - 7,3%, в весенний - на 11,7 - 12,4%. Более существенные изменения стока по сезонам наблюдаются на реках Черноморского побережья Кавказа. На р. Бзыбь расходы воды в весенне-летний период увеличились на 12,5%, в осенний и зимний периоды - на 29,6 и 21,0%. Следует отметить, что периоды различной водности, выделяемые по интегральным кривым сезонного стока, в общих чертах совпадают с периодами, выделенными по интегральным кривым среднегодового стока. Этот факт еще раз подтверждает наличие общих циклических изменений в формировании стока рек, которые определяются планетарными климатическими изменениями.

Для выявления факторов, определяющих периоды различной водности, их изменения сопоставляли с колебаниями климатических характеристик (годовым количеством осадков и среднегодовой температуры воздуха) и интенсивностью таяния ледников. По ряду метеостанций, расположенных в бассейнах исследуемых рек, наблюдения за температурой воздуха охватывают столетний период (с 1889 по 1989 г.). В течение даже такого продолжительного периода среднегодовая температура испытывала незначительные изменения с мало выраженной тенденцией на повышение. По интегральным кривым значений среднегодовой температуры воздуха в бассейнах рек обеих групп отмечается одновременность в чередовании периодов с повышенными и пониженными значениями температуры. Однако эти периоды по времени не совпадают с периодами повышенной и пониженной водности и часто асинхронны ей. Таким образом, повышение температур воздуха не является фактором, непосредственно определяющим водность рек. Что касается осадков, то, начиная с 2000 года, на большинстве метеостанций отмечается четко выраженная тенденция к увеличению их годового количества. В изменении годовых сумм осадков, так же, как и для среднегодовых расходов, выделяются периоды с их повышенными и пониженными значениями, практически совпадающими по времени с расходами (рис. 2). Это свидетельствует о значительной роли осадков в формировании стока рек. Как и для расходов, продолжительность периодов повышенного и пониженного количества осадков не превышает 15 лет, образуя закономерно чередующиеся циклы. Учитывая, что последний цикл повышения количества осадков и расходов начался в 2000 г., вполне возможно предположить изменение положительного тренда этих показателей на отрицательный в течение ближайших десятилетий.

Изменения расходов воды на реках Северного склона Кавказа сопоставлялись с интенсивностью таяния ледника Большой. Азау в бассейне р. Баксан. [6]. Большой Азау, с которого берет начало р. Баксан, - в настоящее время наиболее активно отступающий ледник. За 150 лет он отступил на 3000 м, т.е. средняя скорость его отступания составляет 20 м/год. В 1997 - 2007 гг. наблюдается увеличение темпа деградации ледника. По результатам наблюдений отступание ледника Большой Азау происходило неравномерно [6]. Установлено два периода его стационарного состояния и некоторого продвижения, т.е. снижения интенсивности его таяния: 1910 - 1920 гг. и 1973 - 1980 гг. Исследования показали, что влияние таяния ледника на сток реки проявляется неоднозначно по ее длине. В верховьях р. Баксан, в 11 км от истока (г.п. Тегенекли), наблюдается синхронность уменьшения водности с периодом стационирования ледника. Ниже по течению (г.п. Тырныауз в 45 км от истока; г.п. Заюково в 90 км от истока), несмотря на интенсивное таяние ледника, в последние десятилетия водность р. Баксан увеличилась незначительно, хотя на этом участке в него впадают небольшие притоки, некоторые из которых берут начало в ледниках. Наибольшее увеличение водности за многолетний период наблюдалось в основном в осенние и зимние месяцы, в течение которых таяние ледника отсутствует. Периоды стационирования и продвижения ледника с некоторым сдвигом совпадают с периодами повышенных расходов на р. Баксан (г.п. Тырныауз, 1979 - 1989 гг.; г.п. Заюково, 1977 - 1990 гг.). Таким образом, зависимость изменения расходов воды от интенсивности таяния ледника проявляется только в верховьях реки, в непосредственной близости от питающего ее ледника.

Влияние изменений климата на морфологию русел и интенсивность их деформаций. Изменения климата влияют на вариабельность одного из главных факторов руслоформирования - стока воды, который в свою очередь определяет интенсивность деформаций русел. Опосредованное влияние климата на морфологию русел и интенсивность деформаций оценено на основании результатов почти тридцатилетних стационарных наблюдений (1963-1990) за деформациями русловых форм и слагающими их наносами р Бзыбь на участках с разными типами русел [12] и десятилетних полевых исследований, проведенных на р. Баксан и ее притоках [3]. Несмотря на существенные различия характеристик гидрологического режима (расходов воды и наносов, количества и интенсивности паводков и т.п.) и количества осадков (общего, числа дождей и ливней и т.п.) в разные периоды наблюдений, изменения морфодинамического типа русел как на реках Северного склона Кавказа, так и на Черноморском побережье не происходило.

На р. Бзыбь в течение всего периода наблюдений за динамикой русловых форм горного и полугорного типа русел, характерного для горных участков рек, положение побочней и осередков было практически стабильно [2]. Отмечались лишь небольшие горизонтальные деформации побочней и осередков за счет размыва и аккумуляции наносов по их внешнему краю в приурезовой полосе. На Северном склоне Кавказа горные реки в межселевой период также характеризуются низким темпом горизонтальных деформаций русел, несмотря на большие уклон и скорость течения. Формы, создаваемые селевым паводком, водный поток с расходом 5 - 50 м3с «преобразовать» не может, он только приспосабливается к ним, несколько моделируя их. Ограничивает русловые деформации также крупный валунно-галечный состав руслоформирующих наносов.

Более заметны в межселевой период вертикальные деформации русел. На р. Баксан в 2003 - 2008 гг. врезание составляло от 30 до 120 см. При этом амплитуда врезания увеличивается еще и за счет одновременного накопления материала на русловых формах [3]. Таким образом, русловые формы горных рек характеризуются высокой степенью устойчивости. Стабильность русловых форм обусловлена их формированием в условиях жесткого каркаса скального ложа, образующегося при врезании рек в коренные породы [4]. Побочни и осередки в горных реках служат ареной транспортировки наносов, которая осуществляется путем обмена между наносами, транспортируемыми в русле и слагающими русловые формы. Сами же русловые формы оставались стабильными благодаря цокольным основаниям.

Выводы

- В условиях современного потепления климата отмечается незначительное увеличение водности горных рек Кавказа, в изменении водности горных рек выявлена периодическая смена периодов повышенных и пониженных расходов воды, связанная с циклическими изменениями климата;.

- изменение водности определяется в большей степени изменением количества осадков, и мало зависит от колебаний температуры воздуха;

- влияние таяния ледника на расходы воды проявляется в непосредственной близости от ледника;

- в отличие от равнинных рек, где изменения климата отражаются на интенсивности горизонтальных деформаций, в горных реках горизонтальные деформации имеют весьма ограниченный характер.

Таблица Периоды различной водности на горных реках (среднегодовые расходы Qср)

Список литературы

1. Великанов М.А. Русловой процесс. М.: Госфизматиздат, 1958. 395 с.

2. Виноградова Н.Н. О роли побочней и осередков в транспорте наносов горных рек// Вестн. Моск. Ун-та Сер. 5. География. 1987. № 6. С. 98 - 102..

3. Виноградова Н.Н., Крыленко И.В., Сурков В.В., Тарбеева А.М. Ледниковые реки Приэльбрусья - условия руслоформирования и взаимосвязь морфодинамики долин и русел. //Эрозия почв и русловые процессы. Вып. 17. М.:. Изд-во Моск. Ун-та, 2008. С. 96-115

4. Виноградова О.В., Хмелева Н.В. Русловые процессы и формирование аллювиальных россыпей золота. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 2009. 170 с.

5. Водные ресурсы России и их использование /Под ред. И.А Шикломанова. СПб.: ГГИ, 2008. 498 с.

6. Золотарев Е.А. Эволюция оледенения Эльбруса. М.: Научный мир, 2009. 238 с.

7. Кислов А.В., Евстигнеев В.М., Малхазова С.М. и др. Прогноз климатической ресурсообеспеченности Восточно-Европейской равнины в условиях потепления XXI века. М.: Макс-Пресс, 2008. 287 с.

8. Лурье П.М Водные ресурсы и водный баланс Кавказа. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. 506 с

9. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М.: изд-во АН СССР, 1955. 354 с.

10. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Т. 2. М.: Росгидромет, 2008.

11. Рысин И.И., Петухова Л.Н. Русловые процессы на реках Удмуртии. Изд-во Ассоциация «Научная книга», Ижевск: 2006. 176 с.

12. Хмелева Н.В., Виноградова Н.Н., и др. Бассейн горной реки и экзогенные процессы в его пределах. М.: Изд-во Моск ун-та, 2000. 186 с.

13. Шнитников А.В. Изменчивость общей увлажненности материков северного полу-шария //Записки географического общества СССР. 1957. М.-Л.: изд-во АН СССР. Т. 16. С. 1-336.

14. Шнитников А.В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности. Л.: Наука, 1969. 244 с.

Аннотация

В многолетних изменениях стока горных рек Кавказа прослеживается чередование многоводных и маловодных периодов, связанное с циклическими изменениями климата. Существенное увеличение расходов наблюдается в последнее десятилетие и связано с возрастанием количества осадков. Влияние таяния ледников на водность рек неоднозначно по длине реки и проявляется в изменении расходов на небольшом расстоянии от ледника. Изменения климата практически не сказываются на интенсивности горизонтальных деформаций русел горных рек.

Ключевые слова: горные реки, изменения климата, расходы воды, периоды повышенной и пониженной водности, ледники, осадки, температура воздуха, русловые деформации.

Размещено на Allbest.ru