CC BY
115
УДК 556.16:504.064(282.251+282.247.1) Д.В. Магрицкий1
ГОДОВОЙ СТОК ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ РОССИЙСКИХ РЕК ВОДОСБОРА СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА И ЕГО АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ2
Исследованы зависимости между стоком взвешенных наносов российских рек водосбора Северного Ледовитого океана и их водоносностью, а также площадями водосборов; между этими характеристиками получена устойчивая и тесная связь. Выполнена оценка годовых величин стока взвешенных наносов средних и больших рек в их замыкающих створах и в устьях; оценен суммарный годовой сток взвешенных наносов в моря Российской Арктики. Исследованы многолетние и вдольрусловые изменения мутности воды и значений расхода взвешенных наносов рек, выявлены естественные и антропогенные причины этих изменений. Полученные результаты сопоставлены с ранее опубликованными данными.
Ключевые слова: реки, арктические моря, мутность воды, взвешенные наносы, сток, хозяйственная деятельность, водохранилища.
Введение. Многие процессы в бассейнах и устьях рек, а также на морском побережье связаны с формированием и перемещением речных наносов. Сток наносов определяет характер русловых процессов, существование неустойчивых русел и катастрофические изменения русловой сети в речных бассейнах, формирование и облик дельт, динамику их гидрографической сети и морского края, вероятность наводнений [1, 14]. Влияют речные наносы и на использование водных ресурсов, воздействуя на занесение водозаборов и судовых ходов, определяя стоимость водоподготовки, затраты на очистку гидротехнических объектов и др. Часть загрязняющих веществ перемещается с речными наносами. Обычно больше всего наносов реки переносят во взвешенном состоянии.
Сток взвешенных наносов в низовьях арктических рек и в моря Российской Арктики изучен явно недостаточно и в основном по состоянию на конец 1970-х — середину 1980-х гг. Увеличение банка данных наблюдений, современные водохозяйственные мероприятия, значительные гидроклиматические изменения в последние десятилетия требуют нового и комплексного анализа изменения стока взвешенных наносов рек, оценки вклада в происходящие изменения естественных и антропогенных факторов. Кроме того, необходимо уточнить имеющиеся, но полученные по коротким рядам оценки характеристик стока взвешенных наносов изученных рек, а также провести расчет аналогичных характеристик для не охваченных сетью наблюдений рек и районов материковой части Российской Арктики. Важность таких исследований обусловлена отсутствием количественных оценок стока взвешенных наносов для многих арктических рек, необходимостью учитывать и прогнозировать гидрологические последствия хо-
зяйственной деятельности и глобального изменения климата. В статье приводятся основные результаты многолетних исследований автора в рамках перечисленных задач.
Объекты исследования. Сток российских рек, впадающих в моря Северного Ледовитого океана (СЛО), формируется на территории Кольского п-ова и Карелии, северной половины Восточно-Европейской равнины, Полярного Урала, Западной, Средней и Северо-Восточной Сибири, Восточного Казахстана, Китая и Монголии, Алтай-Саянской горной страны, Прибайкалья и Забайкалья, северного склона Чукотки и арктических островов.
Все рассматриваемые ниже реки относятся к водосборам морей Баренцева, Белого, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. Общая площадь водосборов этих морей равна 13,3 млн км2 [4]. Из них около 12,1 млн км2 приходится на долю Российской Федерации. Наибольшие водосборы имеют моря Карское (6,6 млн км2) и Лаптевых (3,7 млн км2). Существенно меньшую площадь занимают водосборы Чукотского моря и западной части Баренцева моря. На рассматриваемой территории насчитывается около 1630 тыс. малых, средних и больших рек, из которых только небольшая часть впадает непосредственно в арктические моря. Все реки можно условно разделить на малые (с площадью водосбора Т<<2 тыс. км2), средние (от 2 до 50), большие (50—200), очень большие (200—1000 тыс. км2) и крупнейшие (>1 млн км2). К крупнейшим рекам относятся Обь, Енисей и Лена, к очень большим — Северная Двина, Печора, Хатанга, Оленек, Яна, Индигирка и Колыма, к большим — Онега, Мезень, Надым, Пур, Таз, Пясина, Нижняя Таймыра, Анабар и Алазея. К средним можно отнести около 110 рек.
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра гидрологии суши, ст. науч. с., канд. геогр. н., e-mail: magdima@yandex.ru
2 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 08-05-00305), Программы поддержки ведущих научных школ (НШ-4964.2008.5), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт № 02.740.11.0336).
Интенсивная хозяйственная деятельности характерна для Кольского п-ова и Карелии, бассейнов Северной Двины и Печоры, южной части бассейнов Оби, Енисея и Лены, районов с развитой горнодобывающей промышленностью в бассейнах Пура, Яны, Индигирки и Колымы [9, 11]. Сток ряда рек зарегулирован водохранилищами, в том числе очень крупными, это реки на Кольском п-ове и в Карелии, в бассейнах Оби, Енисея, Лены и Колымы.
Из всех российских рек водосбора СЛО объектом исследования стали низовья больших, очень больших и крупнейших рек, впадающих непосредственно в моря СЛО, притоки в северной части водосборов этих рек, а также средние и малые реки на местных водосборах морей Российской Арктики. Для зарегулированных рек изменения режима стока взвешенных наносов рассматривались на всем протяжении участка реки ниже замыкающего гидроузла и до ее устья, а также на их крупных зарегулированных притоках.
Материалы и методы исследования. Исходными материалами для исследований послужили: 1) данные многолетних наблюдений за мутностью воды s, расходами воды 0 и взвешенных наносов Я (по состоянию к 2000—2003 гг.) на 130 гидрологических постах (г/п) Росгидромета; 2) доступные данные экспедиционных измерений; 3) сведения о площадях бассейнов рек и межбассейновых водосборных территорий (МБВТ); 4) оценки притока речной воды Ж с не охваченных гидрологической сетью наблюдений участков речных бассейнов; 5) ранее полученные и опубликованные в [1, 3—6, 8, 13, 18—25, 27—29] результаты схожих исследований.
При обработке исходных материалов проведен анализ качества гидрометрических данных; исключены расчетные и типографские ошибки в опубликованных рядах средних месячных, максимальных и годовых значений s, 0 и Я; в некоторых случаях восстановлены имевшиеся в них пропуски; выполнена оценка стока взвешенных наносов с неизученных речных водосборов; изучены характер и степень влияния хозяйственной деятельности на сток наносов, вдольрусловая трансформация мутности воды и расходов взвешенных наносов, получены их величины в устьях рассматриваемых рек и др.
Восстановление отсутствующих значений Я выполнено с использованием построенных автором для стоковых г/п зависимостей Ям = /(0м) или Яг = /(0г), где индексы «м» и «г» соответствуют среднемесячным и годовым значениям Я и 0. Для ряда г/п недостаточная теснота таких зависимостей, объясняемая существенными различиями в условиях формирования стока наносов в разные годы и низкой точностью его измерения, препятствовала аппроксимации их аналитическими уравнениями и применению данной методики. Для низовьев Печоры, Пура, Таза, Анабара и Оленека разброс точек на графиках препятствовал обоснованию зависимостей вида Яг = /(0г), но был допустимым для Ям = /(0М).
Вследствие, как правило, удаленности замыкающего гидрометрического створа (ЗС) от устьевого створа или вершины дельты (ВД), вдольруслового изменения мутности воды и расходов взвешенных наносов данные на г/п многих рек не отражают реальное поступление стока взвешенных наносов в их устье. Приближенная оценка влияния различных факторов на продольную трансформацию Я базируется на гипотезе о его линейном увеличении (+АЯ) при повышении площади водосбора между ЗС и ВД. В этом случае средний годовой расход взвешенных наносов в вершине дельты ЯВд равен сумме ЯЗС и АЯ, причем последнее слагаемое можно рассчитать по формулам АЯ = 0ПР^ср-10"3 или АЯ = АТМЯ-31,5-10"3, где 0ПР — боковая приточность на участке ЗС—ВД, м3/с; 5ср и МЯ — средние многолетние мутность речной воды (г/м3) и модуль стока взвешенных наносов (т/(км2-год)) для не охваченного наблюдениями водосбора соответственно; АТ — величина увеличения площади водосбора реки между ЗС и ВД, км2. В дельтах рек сток взвешенных наносов и мутность воды в большинстве случаев уменьшаются [1, 15]. Однако точные оценки продольного изменения ЖЯ в пределах дельт известны лишь для небольшого числа арктических рек России.
Сток наносов с АТ и любых других неохваченных наблюдениями речных водосборов (например, с МБВТ) можно оценить на основе использования карты средней мутности рек [25], карты модуля стока взвешенных наносов рек [2], региональных аналитических зависимостей между средними многолетними расходами воды и взвешенных наносов для зональных рек Я0 = /(00) [18—23] и более сложных зависимостей между модулем стока взвешенных наносов (МЯ) и определяющими его природными факторами [26].
В соответствии с картой средней мутности рек неизученные водосборы попадают в зоны с диапазонами мутности <10, 10-25, <25, 25-50 и 50-100 г/м3. При этом большая изменчивость мутности воды в пределах принятых зон обусловливает значительные погрешности таких расчетов — от 25-75 до 200-300% [25]. Точность расчетов возрастает при использовании региональных зависимостей вида Яо = /(00) или зависимостей МЯ от модуля стока воды М0, продольного уклона реки I, средней взвешенной высоты водосбора Нср, густоты речной сети й, площади водосбора Т, коэффициентов залесенности Тл (%), озерности и заболоченности Та (%), распаханности Тр (%) водосбора. С учетом данных за последние 30-35 лет теснота зависимостей вида Я0 = /(00) и Я0 = /(Т) значительно улучшается, а диапазоны значений мутности в характерных зонах уменьшаются (рис. 1). Средний многолетний сток воды с неизученных водосборов оценивался с использованием карты распределения модулей стока воды [17] и с учетом фактических данных наблюдений на постах, открытых после ее создания.
Анализ изменения WR, вызванного гидроклиматическими факторами и водохозяйственными мероприятиями, выполнен путем: 1) сопоставления и статистического анализа многолетних изменений s, Q и Я; 2) сравнения изменений Q, s и R по длине рек до и после создания водохранилищ (для схожих гидроклиматических условий).
Результаты расчета современного стока взвешенных наносов. Воды большинства рек России, впадающих в арктические моря, отличаются пониженной мутностью (менее 30—50 г/м3). Она относительно возрастает лишь для рек Северо-Восточной Сибири. В низовье Яны мутность достигает 130, Индигирки — 230, Ала-зеи — 72, Колымы — 98, Амгуэмы — 71 г/м3 (табл. 1). Эти различия связаны с пространственными особенностями распределения интенсивности эрозионных процессов. Ослабление интенсивности эрозионных процессов в регионе обусловлено суровыми климатическими условиями и большой длительностью периода с отрицательной температурой воздуха, широким распространением многолетней мерзлоты и трудноразмываемых горных пород, относительно малыми абсолютными высотами местности и уклонами водосборов, обилием болот и озер, значительной залесенностью территории и др. [3, 5, 18—23, 25]. Эти факторы эрозии не постоянны во времени и в пространстве. Поэтому в пределах региона существуют разнообразные условия формирования и переноса наносов, приводящие к различию в характеристиках стока взвешенного вещества. В результате большие величины стока взвешенных наносов характерны для рек со значительной площадью водосбора и для рек северо-востока Сибири.
Сравнение данных по замыкающим створам рек, впадающих непосредственно в моря Российской Арктики, показывает, что наибольший сток взвешенных наносов характерен для Лены (21,2 млн т/год) (табл. 1). Заметно меньше сток наносов Оби (15,5), Енисея (12,0), Индигирки (11,7) и Колымы (9,94 млн т/год). При этом у трех крупнейших рек страны повышенный сток наносов обусловлен их водоносностью, а у Индигирки и Колымы — высокими значениями мутности воды. Значительный сток наносов наблюдается также в замыкающих створах Северной Двины (3,27), Печоры (5,59) и Яны (4,26 млн т/год).
Как сказано выше, от ЗС к дельтам рек мутность воды и расходы взвешенных наносов не остаются постоянными и возрастают в случае превышения величины поступления наносов в речной поток над величиной их аккумуляции в русле и на пойме. Больше всего взвешенных наносов ежегодно поступает в дельту Лены (21,4 млн т), Оби (15,6), Енисея (12,4), Индигирки (11,8) и Колымы (11,7 млн т) (табл. 1). Самое большое продольное и относительное увеличение годового стока наносов имеет место в низовьях Мезени, Таза, Анабара и Алазеи. Менее значительные его изменения от ЗС к дельтам характерны для Печоры, Пура, Оленека и Колымы.
Рис. 1. Зависимости между средними многолетними значениями расхода воды (а), площадью водосбора (б) и средними многолетними значениями расхода взвешенных наносов малых и средних рек Обского Севера
Исследования показали, что суммарное поступление взвешенных наносов в дельты больших рек в среднем достигает примерно 95,7 млн т/год (до зарегулирования стока Енисея и Колымы), а суммарный сток в моря СЛО с территории России (с учетом стока наносов малых и средних рек) — около 104,7 млн т/год: в моря Баренцево — 7,43, Белое — 4,91, Карское — 34,5, Лаптевых — 30,2, ВосточноСибирское — 25,4, Чукотское — 2,3 млн т/год. Это меньше на 17 млн т величины Жд, приведенной в [25], и на 10 млн т/год, чем указано в [28]. Одновременно она на 27,6 млн т/год превышает оценку Г.В. Лопатина [8] и на 32,1 млн т/год — данные из [29].
Соотношение между годовым стоком взвешенных наносов крупных рек и относительно малых водотоков существенно неодинаково для разных морей. Оно достигает наименьших значений для территории местных водосборов морей Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского, в которые впадают наиболее водоносные и переносящие больше всего наносов реки региона. По сравнению с другими арктическими реками доля российских рек в суммарном поступлении наносов в моря СЛО не так велика. Общий речной сток взвешенных наносов в СЛО, по разным оценкам, превышает 300 млн т/год.
Оценка воздействия взвешенных наносов от антропогенных факторов на сток. Многолетние колебания годового стока воды и взвешенных наносов обычно
Примечания: 1 до зарегулирования стока р. Енисей; 2 после зарегулирования; 3 в том числе (справа от черты) в пограничные дельтовые рукава; 4 по [6]; 5 с учетом данных Г.В. Лопатина [8]. Прочерк означает отсутствие данных, в скобках — очень приближенные значения.
Таблица 1
Характеристики стока взвешенных наносов арктических рек
Река Период Замыкающий створ Вершина дельты Объем стока наносов, млн т/год
средний годовой расход взвешенных наносов, кг/с объем стока наносов, тыс. т/год средняя мутность воды, г/м3 3 автор3 [27] [28]
средний многолетний наибольший год наименьший год
Онега 1978-1982, 1986, 1988-1996 9,76 16,0 1995 4,4 1980 308 18,1 0,32/0 0,3 -
Северная Двина 1950-1952, 19541957, 1980-2000, 2003 104 208 1952 41 1996 3270 30,8 3,33/0,038 3,8 4,1
Мезень 1949-1951, 19831986, 1989-1992 15,3 34,0 1949 3,6 1992 483 23,2 0,66/0 0,9 -
Печора 1951-1956, 19791981, 1984-1997 177 590 1984 23,0 1990 5590 51,4 6,43/- 13,5 9,4
Обь 1938-1947, 1950-2000 491 810 1971 180 1966 15 500 39,6 15,6/0,038 16,5 15,5
Надым - - - - - - (0,33)/- 0,4 -
Пур 1940-1943, 19481966, 1968-1970, 1972-1976, 1979, 1981-1991 22,4 39,0 1969,1973 5,7 1956 707 25,1 0,77/- 0,6
Таз 1969-1979, 19811983, 1988-1991 (16,6) - - (524) (15,6) 0,73/- 0,9 -
Енисей 1941-1943, 1947, 1949-1951, 1953, 1955, 1956, 1970-2001 3801-1422 540 1942 41 1972 12 0001-44802 22,01-7,52 12,41-4,92/0,17 5,9 4,6
Пясина - - - - - - (1,6)/- 3,4 -
Нижняя Таймыра - - - - - - 0,54/0 - -
Хатанга - - - - - - (1,75)5/0 1,7 -
Анабар 1967-1969, 1972-1992 10,8 25 1967 3,1 1983 341 24,4 0,49/0 0,4 -
Оленек 1968-1974, 1976-1992 36,7 70 1986 18 1983 1160 33,6 1,31/0,0024 1,1 -
Лена 1936, 1944, 1960-1981, 1983-2000 672 1300 1962 240 1985 21 200 40 21,4/0,03 17,6 20,7
Яна 1973-1996, 1998-1999 135 420 1996 30,0 1980 4260 129 4,27/0,0165 3,5 4,0
Индигирка 1956-1968, 1970-1986 370 630 1978 170 1983 11 700 230 11,8/0,017 12,9 11,1
Алазея 1978-1992 3,26 6,6 1985 0,82 1983 103 72,1 0,19/- 0,7 -
Колыма 1977-1994, 1996-1997 315 830 1985 40 1991 9940 98,2 11,7/0,042 16,1 10,1
Амгуэма 1959-1962, 1964-1976 19,4 61 1962 3,8 1976 612 70,8 0,63/- 0,05 -
синхронны и имеют схожую направленность. Подробно многолетняя изменчивость стока воды северных рек рассмотрена в [11]. Но даже при отсутствии антропогенного воздействия сток наносов рек может испытывать направленные изменения, не характерные для водного стока. Например, такая тенденция, а именно уменьшение средних годовых расходов взвешенных наносов (в 60—80-е гг. XX в.), обнаружена
для средней Лены, нижнего Алдана и правобережных горных притоков нижней Лены. Еще большие различия в многолетнем ходе Q и Я отмечаются для рек с крупномасштабными водохозяйственными мероприятиями.
Антропогенное воздействие на сток взвешенных наносов может быть прямым или косвенным. Оно может происходить на всей площади водосбора или
носить очаговый характер [27]. В нижнем течении больших рек водосбора СЛО оно обусловлено проведением горных работ, гидротехническим строительством, добычей песка и гравия в русловых карьерах, дноуглубительными работами в их руслах. Эти виды хозяйственной деятельности влияют на сток наносов и (или) транспортирующую способность водных потоков [1].
При разработке месторождений полезных ископаемых в водные объекты поступают технологические стоки, насыщенные большим количеством минеральных частиц. В результате резко возрастает мутность воды. Это наблюдается, например, ниже районов золото- и оловодобычи в бассейнах Лены, Омолоя, Яны, Индигирки, Хромы и Колымы [4]. Большинство горнодобывающих предприятий расположено в верхнем и среднем течении этих рек. Поэтому продольное нарастание водоносности и седиментация наносов приводят к постепенному уменьшению начальной концентрации взвешенных частиц [1] и даже к восстановлению бытовых значений мутности. Влияние на режим стока речных наносов водохранилищ, наоборот, прослеживается у ряда больших рек вплоть до их устьев.
В среднем течении Колымы (г/п Усть-Среднекан) с 50—60-х гг. XX в. проявилась тенденция к увеличению средних (Яр) и максимальных (Ятах) годовых расходов взвешенных наносов (табл. 2). Поскольку она не выражена для Q [9—11], то закономерно предположить, что увеличение Я является следствием производства горных работ выше по течению реки. В 1971—1980 гг. средние годовые расходы взвешенных наносов и мутность воды средней Колымы в 2,7—2,8 раза превысили таковые в 1941—1950 гг. После сооружения в 1980—1989 гг. Колымского водохранилища годовой сток наносов уменьшился на 45%, а при достижении гидроузлом проектных параметров — еще на 35%. Этому способствует не только аккумуляция наносов в водохранилище, но и снижение максимальных расходов воды. Непосредственно же ниже плотины гидроузла Я и я уменьшились в 27—28 раз и достигли своих наименьших значений за весь период наблюдений. В нижнем течении Колымы (г. Средне-колымск, в 1209 км ниже плотины ГЭС) также прослеживаются техногенные изменения характеристик стока взвешенных наносов. В меньшей степени они отражают влияние добычи золота и в большей мере — воздействие Колымского водохранилища. К г/п Колымское-1 (в 1578 км ниже плотины ГЭС) влияние горных работ на сток взвешенных наносов минимально или компенсировано естественными изменениями мутности воды. Существенное снижение концентрации взвесей вследствие регулирования стока Колымы, наоборот, достигает ее устьевого участка. Так, на 7, 227, 1209 и 1578 км ниже плотины ГЭС средняя годовая мутность воды уменьшилась в 1990—1997 гг. до 5, 44, 54 и 79 г/м3 соответственно. До строительства гидроузла она была гораздо больше
Таблица 2
Изменение стока воды и взвешенных наносов по длине р. Колыма
Период Q, м3/с Qmax, М/С Яср, кг/с Ятах, кг/с Яср, г/м3
пос. Усть-Среднекан
1941-1950 720 6500 48,5 1800 67,3
1951-1960 735 7920 62,6 2820 85,1
1961-1970 746 6590 103 4380 138
1971-1980 746 6930 138 4710 184
1981-1990 736 6580 75,4 2680 102
1991-1998 689 3960 27,9 1650 40,4
г. Среднеколымск
1966-1970 2360 18 300 216 4420 91,6
1971, 1972, 1975-1980 2260 16 600 241 3510 106
1981-1990 2170 14 400 176 2130 81,1
1991-1996 1920 14 450 90,5 - 47,1
г/п Колымское-1
1977-1980 3790 27 800 570 10 100 150
1981-1990 3140 21 900 236 2580 75,1
1991-1997 3090 23 800 265 - 85,1
(рис. 2). Поскольку ниже г/п Колымское-1 в реку впадает крупный приток р. Анюй, в бассейне которого также осуществляется добыча полезных ископаемых, то результирующее влияние горной добычи и Колымского водохранилища на в устье Колымы носит сложный характер.
Сооружение Новосибирского водохранилища на р. Обь в 1956—1959 гг. привело к резкому снижению мутности речных вод ниже по течению от плотины и сокращению стока взвешенных наносов [3, 24]. Водохранилище задерживает почти весь транзитный сток наносов, и в нижний бьеф сбрасывается лишь 9% от его прежнего объема. К Новосибирску (в 23 км ниже ГЭС) значения Я и я возрастают до 32,5% от своей величины, наблюдавшейся до 1956 г. (рис. 2), а к г. Колпашево (в 564 км ниже ГЭС), ниже впадения Томи, Чулыма и ряда других рек, уменьшение Я составляет всего 11%. Ниже устья Иртыша влияние Новосибирского и иртышских водохранилищ на сток взвешенных наносов реки не прослеживается. Наоборот, у г. Белогорье (в 1834 км от Новосибирской ГЭС) отмечено увеличение В 1971—1980 и 1981—1992 гг. оно составило 146 и 160% величины стока наносов в 1938—1956 гг. Вместе с тем установлено, что на р. Иртыш современные средние многолетние расходы взвешенных наносов и мутность воды достигают 65% (у Омска и Тобольска) от их бытовых значений.
Более масштабное воздействие гидротехнического строительства на сток взвешенных наносов оказалось характерно для р. Енисей. Создание Красноярского водохранилища (1967—1970) привело к снижению мутности воды и стока взвешенных наносов по всей длине среднего и нижнего Енисея. Этому способствует не только аккумуляция наносов в верхнем бьефе водохранилища, но и снижение мак-
Рис. 2. Продольное изменение средней мутности воды (1, 2) и значений расхода взвешенных наносов (3, 4) для р. Обь (а), р. Енисей (б) и р. Колыма (в) до (1, 3) и после (2, 4) зарегулирования
их стока
симальных расходов воды реки, высокая устойчивость ее русла, низкая мутность воды притоков [7, 12]. Наибольшее уменьшение стока наносов произошло непосредственно ниже Красноярской ГЭС (рис. 2). Средние годовые расход наносов и мутность воды составили здесь в 1968-2001 гг. около 4% от их значений в 1956-1966 гг. Сток наносов сократился на 6,1 млн т/год. По длине нижнего бьефа сток наносов постепенно восстанавливается. Максимальное увеличение стока наносов характерно для участка реки ниже устья Ангары, несмотря на уменьшение в 5 раз стока наносов этого притока после сооружения на нем каскада водохранилищ.
В 35 км от Красноярской ГЭС средние годовые расход наносов и мутность воды в Енисее в 19682001 гг. были равны 9,7 кг/с и 3,5 г/м3 (4,5-5%); в 446 км они возрастали до 118 кг/с и 15,8 г/м3 (~31,2% от их естественных значений). Ниже по течению от устья Ангары мутность воды в главной реке в зарегулированных условиях вдоль русла снижается, а сток взвешенных наносов испытывает уменьшение
лишь ниже устья Подкаменной Тунгуски. В результате в нижнем течении реки — у г. Игарка — средние годовые значения расхода взвешенных наносов и мутности воды уменьшились с 380 кг/с и 22 г/м3 в 1941-1956 гг. до 142 кг/с и 7,5 г/м3 в 1970-2001 гг. Сток взвешенных наносов сократился до 4,48 млн т/год. При этом до первой половины 80-х гг. XX в., вероятно, в связи с его восстановлением ниже Красноярской ГЭС сток наносов нижнего Енисея постоянно возрастал: в 1971-1975 гг. он был равен у Игарки 3,6 млн т/год, в 1976-1980 гг. — 4,9, а в 1981-1985 гг. — уже 6,4 млн т/год. Однако в последующие годы (до 1992-го) его величина стабилизировалась, а затем снова уменьшилась.
Годовой сток наносов Лены с сооружением Вилюйского водохранилища (1967-1974) не изменился, хотя режим стока наносов р. Вилюй испытал значительные изменения. По результатам сравнения данных за 1959-1966 и 1977-1989 гг. — периоды с одинаковой водностью и схожим внутригодовым распределением, — мутность воды Вилюя уменьшилась примерно в 2 раза, а годовой сток наносов — с 1930 до 1285 тыс. т (г/п Хатырык-Хомо). Больше всего мутность воды уменьшилась на верхнем и среднем участках реки (с 18,2 до 6,9 г/м3 у Сунтар), меньше всего — на нижнем участке (с 38,1 до 25,1 г/м3 у Хатырык-Хомо). Продольное восстановление мутности протекает слабо по причине снижения (в зарегулированных условиях) максимальных расходов воды, повышенной устойчивости русла реки на большем его протяжении, малой мутности воды притоков.
В нижнем течении Лены изменение режима стока наносов Вилюя сказывается лишь в зимний период. Отмечаемое же снижение количества наносов в водах Лены у Кюсюра (с 831 в 1959-1966 гг. до 556 кг/с в 1977-1989 гг. и 669 кг/с в 1974-2000 гг.) не связано с зарегулированием стока, это результат суммарного снижения стока наносов в среднем течении Лены (г/п Табага — в 1,5-2 раза), Алдана, правобережных горных притоков и Вилюя.
Дноуглубительные работы (на перекатных участках русел и на устьевых барах судоходных дельтовых рукавов), разработка русловых карьеров локально влияют на мутность речных вод. Концентрация взвешенных наносов ниже по течению от работающих земснарядов может на порядок и больше превосходить естественную мутность воды. Но уже через несколько сотен метров или километров ниже по течению от зоны производства работ наблюдается восстановление мутности до прежнего уровня [16]. Зона влияния работающих землесосов на мутность воды на баре Яны составляет 2-5 км, на баре Индигирки — 1 км. В районах добычи песчано-гравийной смеси (ПГС) выше карьера наблюдается некоторое увеличение естественного стока наносов вследствие формирования кривой спада и увеличения скорости потока. Транспортировка взвешенного материала при этом изменяется мало. Некоторое его количество
осаждается в карьерах и зависит от размеров карьера, степени искажения скоростного поля потока. Транспортировка влекомых наносов на участках выше расположения карьера изменяется значительнее [1]. Крупные карьеры полностью перехватывают поток песка и гравия на верхних границах. В процессе добычи ПГС часть отложившихся наносов переходит во взвешенное состояние. Это приводит к увеличению мутности воды ниже по течению от карьера. Мутность воды восстанавливается до фоновых значений уже через несколько сотен метров или несколько километров ниже русловых карьеров.
Заключение. Проведенные исследования позволили: 1) уточнить полученные ранее (по коротким рядам) оценки характеристик стока взвешенных наносов всех без исключения рек, впадающих в моря Российской Арктики и охваченных сетевыми гидрологическими наблюдениями; 2) получить для средних рек всех северных районов российской части водосбора СЛО расчетные зависимости вида Я = /(^) и Я = /(!); 3) изучить характер продольных изменений величин Я и я ниже замыкающих створов больших рек; 4) во многих случаях впервые оценить величины ЖЯ в ВД больших и ряда средних рек, а также суммарный ЖЯ с российской части их водосборов в арктические моря; 5) изучить и оценить антропогенные (в основном под влиянием водохранилищ) изменения режима стока взвешенных наносов северных рек.
Сток взвешенных наносов рек, впадающих в моря Российской Арктики, в целом не очень велик, несмотря на огромную площадь российской части водосбора СЛО. Он составляет около 104,7 млн т/год. Больше всего взвешенных наносов выносят в моря реки Лена (21,4 млн т/год), Обь (15,6), Енисей (12,4), Индигирка (11,8) и Колыма (11,7 млн т/год). При этом у трех крупнейших рек страны повышенный сток наносов обусловлен их очень большой водоносностью и лишь у Индигирки и Колымы — высокими значениями мутности воды. Небольшие величины мутности воды и расхода взвешенных наносов для большинства рассмотренных рек объясняются доминированием на их водосборах факторов, сильно ограничивающих интенсивность эрозии, уменьшающих период смыва и транспортировки наносов в бассейнах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеевский Н.И. Формирование и движение речных наносов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 204 с.
2. Водные ресурсы СССР и их использование. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 300 с.
3. Вострякова Н.В., Подлипский Ю.И., Широков В.М. Изменение твердого стока сибирских рек в связи с возникновением крупных водохранилищ // Круговорот вещества и энергии в озерах и водохранилищах. Вып. 1. Иркутск, 1973.
4. Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования / Под ред. Н.И. Алексеевского. М.: ГЕОС, 2007. 585 с.
У большинства рек региона режим стока взвешенных наносов определяется в основном естественными гидроклиматическими причинами. Исключение составляют реки: 1) с зарегулированным стоком, 2) в бассейнах которых разрабатываются месторождения полезных ископаемых, 3) в руслах которых ведется добыча песка и гравия, проводятся дноуглубительные работы. Но лишь у немногих из охваченных хозяйственной деятельностью рек антропогенные изменения характеристик стока взвешенных наносов достигают их морских устьев. Среди них — освоенные реки Кольского п-ова и Карелии, Енисей, Омолой, Колыма и еще несколько небольших рек. Эти изменения связаны с горнодобывающей деятельностью, приводящей к значительному увеличению мутности речных вод, и с сооружением на реках водохранилищ, наоборот, существенно уменьшающих мутность воды и сток взвешенных наносов. Причем у зарегулированных больших рек региона это уменьшение прослеживается на многие сотни и тысячи километров, а у Енисея и Колымы достигает их устьевых областей. В результате вынос Енисеем взвешенных наносов в дельту сократился примерно в 2,5 раза, а Колымой — в 2 раза.
В перспективе можно ожидать увеличения притока наносов в арктические моря. Этому будет способствовать прогнозируемое увеличение водоносности рек, температуры воздуха и воды [4]. Однако количественно оценить роль этих процессов в изменении стока наносов очень сложно. Можно предположить, что первый фактор будет усиливать интенсивность эрозионных процессов на водосборах и в руслах рек вследствие увеличения эрозионной и транспортирующей способности рек. Второй фактор — температура воздуха и воды — будет влиять на ослабление противоэрозионной устойчивости многолетнемерз-лых пород, увеличение мощности деятельного слоя, усиление термоэрозионных процессов, в том числе в результате увеличения продолжительности теплого сезона года. Кроме того, по мере развития транспортной инфраструктуры в Сибири и на Дальнем Востоке ожидается значительное увеличение горной добычи в бассейнах северных рек, что также будет способствовать повышению количества поступающих в реки взвесей.
5. Дедков А.П., Мозжерин В.И. Эрозия и сток наносов на Земле. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1984. 261 с.
6. Зимичев В.П. Оценка гидрологического режима слабоизученных водосборных бассейнов полуострова Таймыр // VI Всероссийский гидрологический съезд. Тез. докл. Секция 6. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. С. 115—117.
7. Зубкова К.М., Петухова Г.А., Ткачева Л.Г. Изменчивость стока наносов и влияние хозяйственной деятельности на его характеристики // Труды V гидрологического съезда. Т. 10, кн. 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 149-155.
8. Лопатин Г.В. Наносы рек СССР (образование и перенос). М.: Географгиз, 1952. 365 с.
9. Магрицкий Д.В. Естественные и антропогенные изменения гидрологического режима низовьев и устьев рек Восточной Сибири: Автореф. канд. дис. М., 2001. 25 с.
10. Магрицкий Д.В. Особенности изменения гидрологического режима Колымы в условиях регулирования ее стока // Тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов», 28 мая-1 июня 2007 г. Т. 1. Пермь: ПГУ, 2007. С. 87-91.
11. Магрицкий Д.В. Антропогенные воздействия на сток рек, впадающих в моря Российской Арктики // Водн. ресурсы. 2008. Т. 35, № 1. С. 1-14.
12. Магрицкий Д.В., Ефимова Л.Е., Заславская М.Б. Изменения стока Енисея и его притоков в зарегулированных условиях // Тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов», 28 мая-1 июня 2007 г. Т. 1. Пермь: ПГУ, 2007. С. 92-96.
13. Митяев М.В., Герасимова М.В., Дружков Н.В. Перенос взвешенного вещества в водотоках Мурманского побережья // Вод. ресурсы. 2005. Т. 32, № 3. С. 301-306.
14. Михайлов В.Н. Гидрология устьев рек. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 176 с.
15. Михайлов В.Н., Магрицкий Д.В., Михайлова М.В. Баланс воды и наносов в устьях рек // Маккавеевские чтения — 2005. М., 2006. С. 47-64.
16. Нижняя Яна: устьевые и русловые процессы / Отв. ред. В.Н. Коротаев, В.Н. Михайлов, Р.С. Чалов. М.: ГЕОС, 1998. 210 с.
17. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с.
18. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 1. Кольский полуостров. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 250 с.
19. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 3. Северный край. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 520 с.
20. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 15, вып. 3. Нижний Иртыш и Нижняя Обь. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 400 с.
21. Ресурсы поверхностных вод. Т. 16. Бассейн р. Енисей. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 730 с.
22. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 17. Лено-Индигирский район. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 652 с.
23. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 280 с.
24. Русловые процессы и водные пути рек обского бассейна. Новосибирск: РИПЭЛ плюс, 2001. 300 с.
25. Сток наносов, его изучение и географическое распределение. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 240 с.
26. Указания по расчету стока наносов. ВСН 01—73. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 28 с.
27. Чалов Р.С., Лю Шугуан, Алексеевский Н.И. Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. 212 с.
28. Gordeev V.V., Martin J.M, Sidorov I.S., Sidorova M.V. A reassessment of the Eurasian river input of water. Sediment, major elements, and nutrients to the Arctic ocean // Amer. J. of Science. 1996. Vol. 296. P. 664-691.
29. Hasholt B, Bobrovitskaya N, Bogen J. et al. Sediment Transport to the Arctic Ocean and Anjoing Cold Oceans // 15th Intern. Northern Research Basins Symposium and Workshop. Sweden, 29 Aug. - 2 Sept. 2005. P. 41-67.
Поступила в редакцию 25.01.2010
D.V. Magritsky
ANNUAL SUSPENDED MATTER FLOW OF THE RUSSIAN RIVERS BELONGING TO THE ARCTIC OCEAN BASIN AND ITS ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION
Interrelations between suspended matter flow of the Russian rivers belonging to the Arctic Ocean basin and their flow volumes and basin areas were studied. The parameters have shown rather stable and close correlations. Annual suspended matter flow was evaluated for medium and large rivers in their mouths and outlets, as well as the total annual flow of suspended matter into the Russian Arctic seas. Long-term and along-channel variations of water turbidity and suspended matter flow values were studied; their natural and anthropogenic causes were revealed. The results are correlated with previously published data.
Key words: rivers, Arctic seas, water turbidity, suspended matter, flow, economic activities, water reservoirs.
