Закономерности временных изменений стока многоводного периода рек бассейна реки Арпа в контексте устойчивого развития

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СТОКА МНОГОВОДНОГО ПЕРИОДА РЕК БАССЕЙНА РЕКИ АРПА В КОНТЕКСТЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

арпа река сток многоводный

Ереванский государственный университет, Ереван, Армения

Многоводный период является одним из основных этапов водного режима рек бассейна Арпа. Ежегодно он формируется за счет талых вод, дождей и подземных вод и наблюдается в виде хорошо выраженной волны. За многоводный период по рекам изучаемой территории проходит значительная часть годового стока, 57-69%. В то же время преимущественно в этот период наблюдается максимальный расход воды. Следовательно, для стабильного развития экономики очень велика роль и значение оценки динамики стока многоводного периода в особенности в условиях глобального изменения климата. В работе выявлены основные физико-географические факторы, обусловливающие сток многоводного периода, проанализированы и оценены закономерности его временного распределения. С этой целью обработаны результаты фактических наблюдений «Службы по гидрометеорологии и активному воздействию на атмосферные явления» МЧС Республики Армения, имеющиеся литературные источники. В работе использованы методы: математико-статистического анализа, метод сопоставления и сравнения, экстраполяции и корреляции.

Ключевые слова: многоводный период, сток, температура, осадки, закономерности временного распределения, бассейн р. Арпа.

Введение

Речной бассейн р. Арпа характеризуются неравномерным пространственным и временным распределением водных ресурсов. При этом преобладающее количество атмосферных осадков и поверхностного стока приходится на многоводный период года, а в остальные сезоны (маловодный период) ощущается острый дефицит влаги, несмотря на то что в маловодный летний период есть большая потребность в воде, особенно с целью орошения сельскохозяйственных угодий. Следовательно, возникает необходимость эффективного использования и регулирования стока многоводного периода. А для стабильного развития стока важна оценка динамики стока многоводного периода, особенно в условиях глобального изменения климата.

Цель работы - исследовать, проанализировать и оценить закономерности временных изменений стока многоводного периода рек бассейна р. Арпа. Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исследовать, выявить и проанализировать основные физико-географические факторы, обусловливающие сток многоводного периода;

- собрать, обработать и оценить данные о стоке многоводного периода и гидрологические характеристики речного бассейна;

- проанализировать особенности стока мног водного периода;

- проанализировать и оценить закономерно^ временных изменений стока многоводного перио рек бассейна.

Материалы и методы исследования

Для решения поставленных задач в работе и пользовалась соответствующая литература [Григ рьев и др., 2018; Маргарян, 2011, 2014а, б, 201 2016; Мусаелян, 1989; Чилингарян и др., 2002; Ши ломанов, Георгиевский, 2007; Фролова, 2016; Яси ский, 2004; Margaryan, 2011; Nohara et al., 2006 В качестве исходного материала в работе использ ваны результаты фактических наблюдений Служб по гидрометеорологии и активному воздействию атмосферные явления МЧС Республики Армения.

Река Арпа является левым притоком р. Аракс и б рет начало на северо-западном склоне Сюникско нагорья, высота 3260 м, а главный ее приток Ехегис на южном склоне Варденисского хребта, высо 3050 м. Длина реки - 128 км, площадь водосбо 2630 км² (на территории РА - 92 км, 2080 км² соотве ственно), из которых 1880 км² - площадь водосборно: бассейна до замыкающего водомерного поста Арен Воды реки используются для орошения и в гидроэне гетических целях. Значительная часть ее вод по тунн лю Воротан-Арпа-Севан втекает в оз. Севан (табл. 1).

Таблица 1

Основные гидрометрические характеристики рек бассейнаАрпа и их водосборов [Маргарян, 2017]

Table 1

Main hydrometric characteristics of Arpa rivers basin and its catchment [Margaryan, 2017]

В бассейне р. Арпа гидрологические и метеорологические исследования проводились начиная с 30-х гг. XX в., результаты которых в виде книжек наблюдений и рабочих таблиц хранятся в основном гидрометеорологическом фонде Службы по гидрометеорологии и активному воздействию на атмосферные явления МЧС Республики Армения. В период 1930-- 2018 гг. в бассейне р. Арпа в общей сложности действовали 43 водомерных поста, из которых 12 - только от 1 до 4 лет. Сравнительно длинный ряд наблюдений имеют 10 гидрометрических наблюдательных постов. В настоящее время в бассейне действует лишь 9 водомерных постов (табл. 1), данные которых и были использованы в исследованиях стока.

Бассейн сложен в основном вулканогенными породами, в верхней части преобладают андезито-базальты четвертичного возраста, а также распространены андезиты, туфы, туфобрекчии третичного периода.

В работе применены следующие методы: метод математико-статистического анализа, метод сопоставления и сравнения, экстраполяции и корреляции.

Результаты и их обсуждения

Многоводный период является одним из основных этапов водного режима не только рек бассейна р. Арпа, но и республики. Он каждый год наблюдается на всех реках в виде хорошо выраженной волны, формируясь снеготаянием, дождями и подземными водами. В это время по рекам изучаемой территории проходит большая часть годового стока, около 55-69%. Максимальный расход воды также наблюдается преимущественно в этот период. Несмотря на общность многих черт гидрологического режима, характер многоводного стока на реках не является однотипным, а отличается большим разнообразием, отражая в основном особенности питания рек, взаимосвязь поверхностных и подземных вод, влияние местных факторов. Большое значение при этом имеют распределение водосборных площадей по высотным зонам, средняя высота бассейнов, изрезанность поверхности водосборов, обусловливающая затяжной характер таяния снега, что находит отражение в условиях формирования многоводного стока. Поэтому если у равнинных рек длительность последнего определяется в основном морфометрическими характеристиками, в частности длиной реки и размерами ее бассейна, то для горных рек решающими факторами являются распределение водосборных площадей по высотным зонам и средняя высота бассейна [Ресурсы поверхностных вод СССР, 1973].

Таблица 2

Многолетние средние фактические значения основных метеорологических элементов
по данным метеорологической станции Ехегнадзор

Table 2

Average long-term actual values of main meteorological elements by data of Yeghegnadzor meteorological station

Важными метеорологическими элементами в формировании стока многоводного периода рек бассейна р. Арпа являются температура воздуха и атмосферные осадки. Особое значение имеют осадки, выпавшие в виде снега. Большую роль играет также приток тепла [Гидрография Армянской ССР, 1981; Маргарян, 2011, 2017; Шагинян, 1981]. Условия формирования стока многоводного периода из года в год меняются в зависимости от метеорологических факторов. В табл. 2 представлены многолетние средние фактические значения основных метеорологических элементов по данным метеорологической станции Ехегнадзор.

В связи с разнообразием природных условий изучаемой территории сток многоводного периода распределяется весьма неравномерно (табл. 3), но при этом ведущая роль принадлежит климату в сочетании с особенностями рельефа, почвенно-растительного покрова и геолого-гидрогеологического строения речных водосборов. Средний суммарный слой стока многоводного периода рек бассейна р. Арпа колеблется в больших пределах: от 117 (р. Арпа - п. Ехегнадзор) до 563 мм (р. Арпа - п. Джермук). В многоводный период по рекам проходит более 55-69% годового стока (см. табл. 3), а это время в свою очередь сменяется летне-осенней и зимней меженью, когда проходят остальные 31-45% стока.

Многоводный период в речном бассейне в створах рек в среднем начинается в конце марта - начале апреля. Указанный период обычно в среднем заканчивается в конце июня - начале июля. Средняя продолжительность многоводного периода колеблется в пределах 2,5-3,5 месяца (табл. 3, 4). Такая же картина получена нами в результате прошлых исследований [Маргарян, 2011, 2015, 2017; Margaryan, 2011].

Таблица 3

Средние величины характеристик многоводного периода рек бассейна р. Арпа

Table 3

Average values of characteristics of high water period of Arpa rivers basin

Таблица 4

Характеристика элементов многоводного периода

Table 4

The characteristics of elements of high water period

Сроки наступления и окончания, продолжительность многоводного периода зависят в основном от условий питания рек и высотного расположения их водосборов. Существенную роль при этом играют метеорологические условия данного года, причем особенное значение имеет характер весны - насколько она бывает дружной или затяжной, ранней или запоздалой. При дружном таянии снега половодье обычно протекает бурно, отличается высокими подъемами уровня воды, проходит в более или менее короткие периоды времени, имеет одну асимметричную волну с резко выраженным интенсивным подъемом и более плавным спадом. При рано начавшемся таянии снега и последующей затяжной весне сход снежного покрова происходит медленно, талые воды в русла рек поступают с перебоями (особенно у водотоков высокогорной зоны), что обусловливает низкое растянутое половодье с несколькими волнами-подъемами [Ресурсы поверхностных вод СССР, 1973; Шагинян, 1981].

Наблюдения показывают, что при достижении температуры воздуха 5-10°С начинается подъем

уровня основной волны многоводного периода (рис. 1). Это особенно касается тех створов, в бассейнах которых образуется устойчивый снежный покров.

В годы, когда в горах образуются большие запасы влаги, аккумулирующейся в снежном покрове, сток многоводного периода может почти в 2-3 раза превысить средние многолетние в еличины последнего, а при малых запасах снега - в такое же число раз быть меньше нормы. Так, например, это имело место зимой 1987-1988 г. (XI-III), когда на метеостанции Джермук было зарегистрировано 570 мм осадков, что в 1,7 раза больше среднемноголетней величины (341 мм). В то же время на р. Арпа - п. Джермук сток многоводного периода в 1,8 раза превысил средние многолетние в еличины последнего. Зимой 1960-1961 г. на метеостанции Джермук было зарегистрировано 161 мм осадков (что в 2,1 раза меньше среднемноголетнего (341 мм). В то же время на р. Арпа - п. Джермук сток многоводного периода в 1,8 раза был меньше средних многолетних величин последнего (рис. 2).

Рис. 1. Ход температуры воздуха на метеостанции Джермук и расход воды на р. Арпа - п. Джермук за 2013 г.

Fig. 1. The course of air temperature at Jermuk meteorological station and water flow on r. Arpa - p. Jermuk for 2013

Рис. 2. Гидрографы р. Арпа - п. Джермук в характерные многоводный (1988),
средний по водности (2006) и маловодный (1961) годы

Fig. 2. The hydrographs of r. Arpa - p. Jermuk in characteristic high water period (1988),
average water content (2006) and low water period (1961) years

Таблица 5

Слой стока за многоводный период, мм

Table 5

Runoff layer for high water period, mm

На изучаемой территории сток многоводного периода в 1969, 1987, 1988, 2007 гг. был наибольшим по сравнению с предыдущими годами наблюдений. А 1961, 1998, 1999 и 2001 гг. были с наименьшими по объему стока в сравнении с предыдущими наблюдениями.

В табл. 5 обобщены данные характеристик слоя стока за многоводный период (половодье).

Объем стока многоводного периода для рек бассейна р. Арпа составляет 55-69% от общего объема годового стока. Между двумя этими категориями стока имеется сравнительно тесная связь. Отметим, что, как правило, на территории Республики Армения годовая водность рек бассейна р. Аракс тесно связана со стоком многоводного периода. Эту связь можно использовать для прогноза годового стока. Такие результаты были получены также во всех предыдущих исследованиях [Маргарян, 2014а, 2017].

На величину слоя стока влияют многие природные факторы, среди которых определяющими являются климатические условия и особенно осадки. Так, общая картина распределения слоя стока многоводного периода по бассейну р. Арпа в основном соответствует распределению норм сезонных (зимних и весенних) сумм атмосферных осадков, величина которых колеблется от 300 до 780 мм (рис. 3).

Распределение осадков, а следовательно, и формирование слоя стока многоводного периода зависят также от взаимодействия различных по происхождению воздушных масс, сложного и разнообразного рельефа поверхности, ориентации склонов горных хребтов относительно направления движения влажных воздушных масс, а также от ряда местных факторов. В связи с этим характер выпадания осадков и их абсолютные величины существенно меняются по территории, а это в свою очередь является причиной того, что у водосборов, расположенных примерно на одной высоте, наблюдается разный по величине слой стока за половодье [Ресурсы поверхностных вод СССР, 1973].

Рис. 3. Распределение слоя стока многоводного периода р. Арпа - п. Джермук и сумм атмосферных осадков на метеостанции Джермук

Fig. 3. Distribution of runoff layer of high water period of r. Arpa - p. Jermuk and sums of rainfall at Jermuk meteorological station

Рис. 4. График связи между слоем стока 1%-ной обеспеч. и средним его значением

Fig. 4. Graph of the relationship between runoff layer of 1% security and its average value

Для подавляющего числа створов величина коэффициента вариации слоя стока многоводного периода не превышает 0,60, чаще всего она находится в пределах 0,35-0,55 и несколько превышает показатель изменчивости годового стока. Значения коэффициентов вариации слоя стока за многоводный период для различных рек приведены в табл. 5. Коэффициент асимметрии изменяется от 0,2 до 1,9.

В табл. 5 представлены данные, полученные при построении кривых различной обеспеченности (1, 2, 5, 10 и 25%-ной) величин слоя стока многоводного периода для рек рассматриваемого бассейна. Следует отметить, что имеет место достаточно тесная связь между средним многолетним слоем стока и его значениями различной обеспеченности. На рис. 4 представлена связь только между величинами слоя стока 1%-ной обеспеченности и его средними многолетними значениями. Другие связи не рассматриваются в данной работе. Это даст возможность оценить величины слоя стока различной обеспеченности малоизученных рек.

В ходе исследований выяснилось, что в замыкающих створах рек бассейна р. Арпа наблюдается тенденция как уменьшения (причем, преимущественно), так и повышения слоя стока многоводного периода (рис. 5). С различной степенью выраженности фиксируется сокращение доли стока за половодье в среднем годовом стоке воды в речных бассейнах других географических районов [Киреева, 2013; Киреева, Фролова, 2013].

С другой стороны, проведенные исследования [Обязов, 2013] показывают, что однонаправленные устойчивые тенденции речного стока отсутствуют, а имеют место тренды, меняющие во времени свои величину и знак вследствие преобладания в его изменениях циклических составляющих. Вместе с тем выявлены разнонаправленные изменения стока в различные по водности фазы цикла: в многоводные фазы (периоды) сток повышается, а в маловодные - снижается. При этом соответственно возрастают его изменчивость и экстремальность. В табл. 6 приведены статистические параметры и стандарт ошибки слоя стока (мм) за многов одный период.

В результате исследований стало очевидным, что в изучаемом речном бассейне также наблюдается однотипная картина, относящаяся к изменению динамики количества осадков в зимний период.

Рис. 5. Динамика изменения отклонения слоя стока многоводного
периода от его среднего многолетнего значения

Fig. 5. Dynamics of changes in the deviation of the high-water period
runoff layer from its multi-year mean

Таблица 6

Статистические параметры, стандарт ошибки и коэффициенты автокорреляции
слоя стока за многоводный период, мм

Table 6

Statistical parameters, error standard and autocorrelation coefficients

of runoff layer for high-water period, mm

Таким образом, наблюдается тенденция уменьшения количества зимних осадков. Что касается изменения динамики температуры, отметим, что последняя увеличивается.

ВЫВОДЫ

1. Многоводный период в речном бассейне в среднем начинается в конце марта - начале апреля и заканчивается в конце июня - начале июля.

2. Средняя продолжительность многоводного периода колеблется в пределах 2,5-3,5 месяца.

3. Средний суммарный слой стока многоводного периода рек бассейна р. Арпа колеблется в больших пределах: от 117 мм до 563 мм, что в основном обусловлено синоптическими процессами и гидрометеорологическими условиями данного года. В многоводный период по рекам проходит более 55-69% годового стока.

4. Величина коэффициента вариации слоя стока многоводного периода изменяется в пределах 0,290 53 коэффициент асимметрии -- от 0 2 до 19

5. Распределение слоя стока многоводного периода по бассейну р. Арпа в основном соответствует распределению норм сезонных (зимних и весенних) сумм атмосферных осадков.

6. В изучаемом речном бассейне преимущественно наблюдается тенденция уменьшения слоя стока многоводного периода.

7. Наблюдается тенденция уменьшения количества зимних осадков и увеличения температуры.

8. В природно-климатических условиях Армении в изучаемом речном бассейне гидроресурсы в основном можно накопить за счет воды, текущей по рекам только во время многоводного периода, поскольку в это время сельскохозяйственные угодья не нуждаются в орошении и по рекам проходит около 55-69% годого стока и более.

В изучаемом речном бассейне понижение стока - результат как изменения климата, так и деятельности человека. Следовательно, необходимо запланировать, разработать и осуществить соответствующие мероприятия и программы по смягчению и адаптации последствий изменения климата.

ЛИТЕРАТУРА

REFERENCES

Gidrografiya Armyanskoy SSR [Hydrography of ASSR]. Yerevan: Publ. house of the Academy of Sciences of ASSR, 1981, 177 p. In Armenian

Grigoriev V.Yu., Frolova N.L. Jamalov R.G. Izmeneniye vodnogo balansa krupnykh rechnykh basseynov evropeyskoy chasti Rossii [The Water balance change of large river basins of the European Russia] // Water sector of Russia: problems, technologies, management. 2018. No. 4, pp. 36-47. In Russian

Kireeva M.B. Vodnyy rezhim rek basseyna Dona v usloviyakh menyayushchegosya klimata [The water regime of the rivers of the Don basin in a changing climate]. Abstract dissertation for the degree of candidate of geographical sciences. 2013. Moscow State University, 29 p. In Russian

Kireeva M.B. and Frolova N.L. Sovremennyye osobennosti vesennegopolovod'ya rek basseyna Dona [Modern features of the spring flood of the rivers of the Don basin] // Water sector of Russia: problems, technologies, management. 2013. No. 1, pp. 60-76. In Russian

Margaryan V.G. Zakonomernosti prostranstvenno-vremennogo raspredeleniya stoka r. Arpa vo vremya mnogovodnogo perioda [Law of Time and Space Distribution of Surplus Water of the River Arpa] // In:. Climate Changes and Natural Hazards in Mountain Areas. Proceedings of the International Conference “Mountain Hazards 2011”. 2011. Dushanbe, Tajikistan, p. 31. In Russian

Margaryan V.G. Osobennosti formirovaniya i vnutrigodovogo raspredeleniya stoka reki Marmarik [Features of runoff formation and its within-year distribution in Marmarik River] // Modern problems of geology, geography and ecology. A collection of scientific papers devoted to the 70^th anniversary of docent E.Kh. Kharazyan, 14-16 of November, 2012. Yerevan: publishing Tigran Mets. 2014. pp. 226-240. In Armenian

Margaryan V.G. Problemy ispol 'zovaniya i okhrany vodnykh resursov v regione Vayots Dzor [Problems of use and protection of water resources in Vayyots Dzor] // Kazantip-ECO-2014. Innovative ways to solve actual problems of industries, ecology, energy and resource saving. A collction of works of the XXII International Scientific and Practical Conference: UkrNTTS Energostal. 2014. Kharkov: NTMT, t. 2, pp. 251-255. In Russian

Margaryan V.G. Dinamika izmeneniya i otsenka ob'yema vesennikh polovodiy v usloviyakh izmeneniya klimata na vodomernomu postu Areni reki Arpa [Dynamics of changes and evaluation of volume spring floods of Arpa River at the gouge station Areni in a changing climate] // Fundamental Problems of Water and Water resources: Proceedings of IV Russian Scientific. Conference. 2015. Moscow: Water Problems Institute RAS, pp. 316-319. In Russian

Margaryan V.G. Problemy effektivnogo ispol'zovaniya vodnykh resursov basseyna reki Arpa [Problems of water efficiency of river basin Arpa] // Factors and strategies of regional development in a changing geopolitical and geo-economic context: proceedings of the international scientific conference (Grozny, September 20-25, 2016) / under general ed. A.G. Druzhinin. 2016. Rostov-on-Don: Publishing House of the Southern Federal University, pp. 338-341. In Russian

Margaryan V.G. Regulirovaniye stoka mnogovodnogoperioda r. Arpa, osnovannoye na dolgosrochnykh prognozakh [Regulation of the high water runoff of the Arpa river based on long-term forecasts] // Actual problems of Earth sciences: the use of natural resources and environmental scientific-practical conference dedicated to the year of science in the Republic of Belarus. 2017. Brest: BSU, pp. 188-199. In Russian

Musaelyan S.M. Vodnyye resursy Armyanskoy SSR [Water resources of ASSR]. Yerevan, pub. House YSU. 1989. 208 p. In Russian

Obyazov V.A. Tendentsii mnogoletnikh izmenenii rechnogo stoka v Zabaykal'ye v mnogovodnyye i malovodnyyeperiody [Tendencies of long-term changes in the river flow in the borrowing in a multi-water and low-water periods] // Reports of the academy of sciences. 2013. V. 450, no. 6, pp. 713-716. In Russian

Resursy poverkhnostnykh vod SSSR [The resousces of surface waters of USSR] // ed. A.P. Muranova, T. 9, Araks river basin, pub.2, Moscow : Hydromet. 1973. 472 p. In Russian

Chilingaryan L.A., Mnatsakanyan B.P., Aghababyan K.A., Tokmajyan O.V. Gidrografiya rek i ozer Armenii [Hydrography of rivers and lakes of Armenia]. 2002. Yerevan, pub.house ,,MM Print,,, 49 p. In Armenian

Shahinyan, M.V. Osnovnyye zakonomernosti formirovaniya elementov stoka rek Armyanskoy SSR i metodika ikh prognozirovaniya [The main regularities of formation of the river runoff elements of Armenia and the method of their forecasting]. Leningrad : 1989. 176 p. In Russian

Shiklomanov I.A, Georgievsky V.Yu. Vliyaniye izmeneniy klimata na gidrologicheskiy rezhim i vodnyye resursy rek Rossii [Influence of Climate Changes on the Hydrological Regime and Water Resources of the Russian Rivers] // Hydrological Impact of Climate Change, Novosibirsk. 2007. pp. 143-151. In Russian

Frolova N.L. Gidrologiya rek [Hydrology of the rivers] // Anthropogenic changes in river runoff: textbook for academic bachelor. 2nd ed., corr. and add. Moscow : Yurait Publishing House. 2016. 113 p. In Russian

Yasinsky S.V. Reaktsiya poverkhnostnogo vesennego stoka na regional'nyye izmeneniya klimata [Reaction of the surface spring runoff to regional climate change] // Izv. Geographical series.2004. No. 4, pp. 72-84. In Russian

Margaryan V.G. Spring Floods Capacity and Peak Discharge Forecasting of Arpa River at the Areni Observation Post. In: Our Water - Our Life - The Most Valuable Resource. Proceedings of the 64th CWRA National Conference, St. John's, Canada, 2011, p. 257.

Nohara D., Kitoh A., Hosaka M., Oki T. Impact of climate change on river runoff // J. Hydrometeorol., 2006. V. 7, pp. 1076-1089.

Размещено на Allbest.ru