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
