Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Закономерности формирования водного баланса Обско-Тазовской устьевой области

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования водного баланса Обско-Тазовской устьевой области"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ 1ЖШ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУЩРСТБЕННЬЙ ПЩРОМЕТЕОРОЛОШЧЕСККй ИНСТИТУТ

экз а 5П9

ПАРОЛОВ Михаил Владимировот

УДК 556.54+556.01(282.5)

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДНОГО БАЛАНСА 0БСЯ0-ТА30ВСК0Й УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ

II.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

На правах рукописи Для служебного пользования

\

Санкт-Петербург . У 1992

/

Работа выполнена в Ордена Ленина Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте. .

Научный руководитель - доктор географических наук

В.С.АНТОНОВ

Официальные оппоненты: доктор географических наук

Б.И.БАБКИН

кандидат физико-математических наук В.Л.ТРУШЕВСКИИ

Ведущая организация - Государственный Океанографический

институт

■ Защита состоится "/<{" ¡Л^С-Н^Л^ 1992 г. в А.

час.

на заседании специализированного совета Д 063.19.01 при Российском Государственном гидрометеорологическом институте.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке института. Отзывы на диссертацию и автореферат (в 2 экз., заверенные печатью) просим направлять ученое секретарю по адресу: 195196, Малоохтинский пр., д.98.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор географических наук

Ю.И.Ляхин

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертация связана с ролью Западно-Сибирского энергетического промышленного региона в экономической и социальной жизни Россия.

Обско-Тазовская устьевая область - уникальный природный комплекс, один из крупнейших прескозодкых объектов страны (третье место по запасам пресных вод после Байкала и Ладояско-го озера). Водообмен данного водоема с внешней природной средой является вазяым фактором, определяющим характер, интенсив-кость и направленность гидрометеорологических процессов на обширной территории севера Сибири.

Дальнейшее развитие нефтегазодобывающей и лефтеперераба-тыващей промышленности на территории Тюменской области несомненно приведет к серьезному обострению экологической обстановки в Западной Сибири и прилегающих арктических районах. Первые признаки серьезных нарушений естественного состояния водных ресурсов отмечены и вызывают тревогу уже в настоящее время.

В условиях постоянно растущего сброса загрязненных вод в устьевую область, а также увеличения объемов безвозвратного во-допотребления и степени регулирования стока в бассейне Оби, -исследование процесса водообмена Обско-Тазозской устьевой области с внешней природной средой.становится необходимой предпосылкой для решения проблемы рационального использования и охраны природы Западной Сибири и прибрежной акватории Карского моря.

Пели и задачи исследования

Целью работы являлась оценка количественных характеристик и выявление основных закономерностей формирования пресноводных запасов и баланса вод Обско-Тазозской устьевой области.

Для достижения этой цели били решены следующие задача:

- разработана схема балансового подхода к исследованию пресноводного водообмена устьевых областей эотуарного типа арктической зоны, учитывающая специфику гидрологических процессов, свойственных данным объектам;

- выполнена оценка естественного (ненарушенного) состояния водного баланса и водных ресурсов Обско-Тазовской устьевой области;

- выявлены основные закономерности пространственно-временной изменчивости элементов водного баланса Обоко-Тазовской

устьевой области;

- описаны целостные свойства процесса водообмена устьевой области с внешней природной средой;

- оценены возможная направленность и порядок изменений водного баланса и водных ресурсов Обско-Тазовской устьевой области в условиях антропогенного воздействия.

Объект'исследования

Сбско-Тазовская устьевая область - особый фззико-географи-чцикдй объект, расположенный при впадении рек Оби, Пура, Таза и Надыма в Хгрокое море. 3 пределах пространственных границ устьевой области, определенных, исходя из морфологических и гидрологических признаков, происходят специфические устьевые процессы, обусловленные взаимодействаей речных и морских вод между собой и со всеми другими компонентами природной среды.

В соответствии с гидролого-ыорфадогйческой типизацией Обо-ко-Тазовская устьева1 область отнесена к комплексным устьевым областям с закрытым устьевым взморьем (В.В.Иванов, 1974).

Общая протяженность объекта с юга на север более 1000 км, ширина устьевого взморья от 35 до 82 км, средние глубины 1012 м. Площадь акватории устьевой области 52 230 км2, площадь местного водосбора 514 ООО км2, общая площадь бассейна 2 946 ООО км2.

В табл.1 приведены сведения о морфометрических характеристиках гидролого-морфологических районов устьевой области.

Таблица I

Морфометрические характеристики Обско-Тазовской устьевой области и ее районов

Район учйоггт Протяженность Елок ад ь во- Площадь водной? гииин, лньхик ш досоора.км^ поверхности,км"

УСТЬЕВОЙ УЧАСТОК ОШ 287 37000 3630

в том числе:

придельтовый участок 143 24400 380

дельта Оби 144 13000 3250

УСТЬЕВОЕ ВЗМОРЬЕ 760 477000 48600

в том числе:

Юг Обской губы 260 101000 15000

Север Обской губы 500 •54000 24900

Тазовская губа 144 322000 . 7800

Методы исследования

В качестве метода исследования водообмена устьевой области эстуарного типа использовался балансовый подход.Расчеты составляющих баланса пресных вод выполнялись по различным методикам,в отдельных случаях модифицированных автором для учета специфики объекта.

При постановке задач и разработке схемы исследования, а также при описании целостных свойств совокупности водообменных процессов, использовались принципы системного подхода.

Исходные данные

Всю совокупность собранных автором данных о закономерностях формирования водообмена устьевой области Оби можно условно разделить на три группы:

1. Результаты численных расчетов, моделирования и научных обобщений;

2. Результаты наблюдений стационарной сети станций и тостов Омского, Аадерминского и Диксонского ТОЮ;

3. Данные экспедиционных наблюдений.

Кроме того, в работе были использованы данные натурных измерений, проведенных лично автором в Обско-Тазовской устьевой области во время экспедиций в 1987 и 1988 годах.

Научная новизна работы

Научная новизна работы состоит в разработке схемы комплексного балансового подхода к изучению водообмена устьевой области эстуарного типа.

Данный подход состоит в исследовании баланса, запасов и скорости обновления пресных вод в пространственной и временной динамике и во взаимосвязи друг .с другом и факторами внешней среды. При этом рассматривались как чаотные, так и целостные свойства совокупности водообменных процессов, что позволило на основе численных показателей провести анализ устойчивости запасов и баланса пресных вод Обско-Тазовской устьевой области, а также выявить механизм, определяющий специфические свойства обменных процессов в эстуариях арктической зоны.

Впервые предложена методика прогностической оценки состояния баланса и запасов пресных вод устьевых областей эстуарного типа в условиях антропогенного изменения речного стока и климата.

- 4 -

Научная новизна результатов

Ряд результатов, приведенных в диссертации, получен впервые. Среди них:

- количественные оценки составляющих баланса пресных вод Обско-Тазовской устьевой области за сезоны и годовой цикл периода с естественным гидрометеорологическими условиями;

- количественные оценки соотношений между составляющими водного баланса при различных условиях тегоювлагообеспеченности для. водоема в целом и его гидролого-морфологических районов;

- оценки объехав пресноводных запасов Обско-Тазовской устьевой области (и ее районов) в различные сезоны и годы, а также величин скоростей их полного и частичного обновления;

- прогностические оценки состояния водного баланса и пресноводных запасов Обско-Тазовской устьевой области при вероятных сценариях антропогенного воздействия.

Кроме того, в работе:

- описан процесс сработки и аккумуляции пресных вод в устьевой области Оби, выявлена его роль в формировании суммарного оттока пресных вод в Карское море;

- выявлены основные закономерности пространственно-временной изменчивости элементов водного баланса, водных ресурсов и скоростей обновления пресноводных запасов устьевой области, а также основные факторы, их обусловливающие;

- предложены количественные параметры для оценки устойчивости водообмена и запасов пресных вод устьевой природной системы.

Практическая значимость

Практическая значимость выполненной работы состоит в том, что полученные результаты позволяют не только охарактеризовать современное состояние баланса и запасов пресных вод в Обско-Тазовской устьевой области, но такне разработать схему контроля за его изменением при дальнейшем усилении антропогенного воздействия.

Крале того, наличие сведений о количественных характеристиках составляющих баланса вод и их пространственно-временной изменчивости - необходимое условие для анализа современного и перспективного термического, гидрохимического, гидробиологического и, в итоге, экологического состояния Обско-Тазовской

устьевой области и прилегающей акватории Карского моря.

Апробация таботы

Основные положения диссертации доложены ка научных семинарах отдела гидрологии устьев рек и водных ресурсов ЛЛШИ (1987, 1988, 1989, 1990 гг.), на заседании секции гидрологии Петербургского отделения Географического Общества, ка 1У Всесоюзном совещании по тидрологии устьев рек О.'оскза, 1990 г.), а также на научно-техническом Совете Днксокского управления по гидрометеорологии (1991 г.).

По теме дкссертацаи опубликованы четыре' статьи и выполнены разделы в научных отчетах ДАНИИ по тематике ГКНТ и Госкомгидро-мета.

Обьем и структура работы • Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Содержит 150 машинописных страниц текста.включает 19 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 206 наименований, а также 14 таблиц и 13 рисунков в приложении.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введетгаи обоснована актуальность теш диссертации .изложены цели и задачи исследования, сфоргдулированы основные результаты и область их применения.

В первой главе выполнен анализ состояния изученности закономерностей формирования водного баланса и водных ресурсов Обс-ко-Тазовокой устьевой области, рассмотрены предпосылки для реализации цели исследования,а таете разработай подход и намечены этапы решения поставленных задач.

По результатам анализа современного состояния изученности водообменных процессов в устьевых областях рек арктической зоны сделан вывод о том, что устьевые области эстуарного типа, в том числе и Обско-Тазовская устьевая облаоть, с воднобалансовых позиций изучены недостаточно. Более того, пресноводный балано устьев ~ рек арктической зоны вообше не являлся предметом специального исследования.

Вместе с тем, анализ предпосылок для осуществления балансовых оценок водообмена Обско-Тазовской устьевой области о внешней природной средой показал, что, благодаря многолетним целена-

правленным исследованиям, проведенным ААЕИИ в тесном сотрудничестве с другими организациями (ЛГОИ, Авдерминеким УШ, Союз-морНШпрозктом, МГ7 и другими), был накоплен обширный объем сведений о гидрометеорологическом ре:пиме объекта и его морфо-метрпчеоких характеристиках.

Это обстоятельство послукило условием, позволившим на современном этапе, опираясь на результаты научных обобщений,расчетов и моделирования, а такяе данные натурных наблюдений, приступить к исследованию закономерностей формирования баланса и ресурсов пресных вод Обско-Тазозской устьевой области.

В качестве методической основы для корректной постановки цели и задач исследования, были приняты принципы системного подхода к изучению устьевых природных объектов, разработанные в ААНИИ (В.В.Иванов, 1985).

В соответствии с этим подходом, Обско-Тазовская устьевая природная система была ограничена по диапазону состояния как воднобалансовая система. Ограничение выполнялось определением состава, структуры и пространственных границ системы с целевой функцией, направленной на непрерывный отток пресных вод в Карское море и обновление запасов водной массы.

В качестве пространственных границ устьевой балансовой системы были приняты: со стороны реки - замыкающий створ на реке Оби у г.Салехарда, моря - подвижная вертикальная плоскость, соответствующая среднему в избранном масштабе времени положению в придонном слое нзогалины 1%е солености.

Для учета большой пространственной протяженности устьевой области, в пределах которой условия водообмена существенно различны, в соответствии с принципами гидролого-морфологического районирования устьевых областей рек (В.В.Иванов, 1974) были выделены пять участков: придельтовый участок Оби, дельта Оби, Та-эовокая губа, южная и северная части Обской губы. Первые четыре района в современных условиях всегда пресноводны, северная часть Обской губы, в зависимости от изменений речного стока, уровня и солености Карского моря, меняет свой пресноводный объем вследствие миграции гидрофронта.

Последнее обстоятельство определяет необходимость учета в балансовых расчетах эффекта сезонной и годовой изменчивости морфометрических характеристик пресноводной части водоема.

В зависимости от временного масштаба исследуемых процессов поведение балансовой системы имеет свои особенности. Наибольшие изменения воднореоурсные характеристики Обско-Тазовской устьевой области претерпевают в годовогл и сезонном масштабах, что связано, в основном, с колебаниям поверхностного'притока в водоем.

За наступление воднобалансового года в устьевой области принималась дата начала устойчивого накопления в бассейне твердой влаги (ноябрь). Внутри года были выделены балансовые сезоны: холодный (ноябрь-апрель) и теплый (май-октябрь).

3 течение холодного периода в устьевой области преобладают процессы накопления твердой и сработки явдкой влаги. В теплый период характер водообменных процессов меняется ~ происходит активизация зодообменных процессов, увеличивается интенсивность потоков влаги на входе и выходе системы. Кроме того, в пределах границ объекта происходит сработха запасов твердой и накопление запасов жидкой влаги.

С водноресурсной точки зрения холодный период является маловодным, теплый ~ многоводным.

Для анализа закономерностей формирования процесса водообмена устьевой области в условиях усиления антропогенного воздействия целесообразно определить период, в течение которого процессы водообмена имели естественный (ненарушенный) характер.В качестве эталонного периода был выбран период о 1960 по 1975 годы.

Мор осуществлялся, исходя из условий минимального воздействия на водообмен антропогенных изменений климата и стока в бассейне Оби и достаточности продолжительности этого интервала для вероятностных оценок. .

Комплексный балансовый подход к изучению водообмена устьевой природной системы обусловил необходимость выбора соответствующей схемы исследования, в которой бы учитывались как свойства отдельных элементов системы, так и целостные свойства всей совокупности.

Разработка схемы такого исследования, применительно к Обс-ко-Тазовской устьевой области и к устьевым областям эстуарного типа в целом, в является основным итогом первой главы диссертации.

Вторая глава работы посвящена оценке балансовых составляю-

щих Обоко-Тазовской устьевой области и анализу их пространственно-временной и змзнчнвости.

В зависимости от имеющихся в наличии сведений расчет по каждому элементу водного бала'са проводился либо прямыми, либо косвенными способами, и основывался либо на натурных данных,либо на результатах моделирования.

При оценке объемов вод различного происхождения, участвующих в водообмене, учитывались годовые и сезонные изменения мор-фометрических характеристик водоема (протяженность и площадь акватории), связанные с изменениями границы раздела пресных и соленых вод.

В этих целях использовались сведения о дальности проникновения соленых вод в Обскую губу, полученные в ЛИК в результате расчетов по численной модели (В.В.Иванов, А.З.Святский, 1987).

Для анализа пространственно-временной изменчивости элементов пресноводного баланса применялись различные приемы исследования временных рядов, в том числе корреляционный и спектральный анализ, полиномиальная апроксимация, фильтры и разностные интегральные кривые.Все расчеты выполнялись на персональных ЭВМ типа Искра-236 и ГШ—PC по стандартным и оригинальным программам.

Ниже приведены краткие сведения о приемах, использованных при оценках балансовых составляющих, а также о полученных при этом результатах.

Поверхностный приток в устьевую область

Суммарный приток поверхностных (речных) вод в рассматриваемый водоем формируется за счет внешнего и местного притока.

Под внешним притоком в настоящей работе понимается сток Оби на речной границе устьевой области (г.Салехард), под местным, -сток непосредственно с территории водосбора устьевой области.

Расчет объемов внешнего притока осуществлялся по данным инструментальных наблюдений в пункте Салехард.

Оценка местного притока в устьевую область выполнялась раздельно для территорий с различной степенью обеспечения информацией о стоке.

Средняя сумма внешнего и местного притока речных вод в 06-ско-Тазовскую устьевую область составила около 555 км^ в год, при этом на долю обских вод приходится от 65 да 80$ суммарного годового притока.

Из общего объема местного притока около 70$ составляет сток крупных рек - Таза, Пура, Надыма. Примерно 8С$ речного стока поступает в устьевую область в теплый период года.

Многолетние колебания речного притока в устьевую область определяются, в основном, условиями увлажнения водосбора Оби, особенностью которых является преимущественно адвективный характер поступления тепла и влаги, а также низкая дренирован-ность бассейна.

Длительные тенденции в изменчивости объемов речного притока в устьевую область связаны с особенностями многолетних колебаний продолжительности действия основных форм атмосферной циркуляции. Б результате анализа трендовых составляющих в колебаниях речного стока в Обско-Тазовскую устьевую область была выявлена тенденция к увеличению стока Оби в течение двух последних десятилетий.

Меягодовые изменения речного притока в устьевую область носят ярко выраженный циклический характер.

Атмос&ерные осадки на акваторию

3 качестве исходной информации для расчета балансового вклада атмосферных осадков а суммарный водообмен Обско-Тазов-ской устьевой области, были использованы многолетние ряды осад-комерных наблюдений, исправленные с учетом всех известных значимых погрешностей наблюдений (в том числе за счет ветрового недоучета и наметания "ложных" твердых осадков) (Н.Н.Брязгин, 1976).

Средний годовой объем атмосферных осадков, участвующих в водообмене, составил около 20 км3, из которых 75$ приходится на акваторию Обской губы.

Вследствие высокой повторяемости атмосферных осадков,охватывающих весь бассейн уотьезой области, межгодовые колебания суш осадков на акватории балансовых районов водоема в значительной мере синфазны.

В то яе время, трендовые составляющие в северной и юшгой частях эстуария имеют противоположные знаки. Так, для южной части бассейна преобладающей является направленность на увеличение сумм осадков от 30-40-х годов к 80-м годам наиего столетия. В северных районах отмечена тенденция к некоторому снижению годовых и сезонных сумм атмосферных осадков.

- 10 -

Акцумуляцая пресных под в чаще водоема

Процесс аккумуляции пресных вод в устьевой области эстуар-ного типа выступает в ролл механизма, трансформирующего колебания входных потоков пресной влаги в изменения общих влагозапа-сов водоем и регулирующего интенсивность водообмена устьевой области с морем.

Отличительной чертой процессов аккумуляции, происходящих в эстуариях арктических морей, является то, что суммарный объем аккумуляции пресных вод за расчетный период времени (сезон,год), складывается из изменений водозапасоз как за счет колебаний высоты уровенной поверхности, так и вследствие перемещения морской динамической границы балансовой системы.

По данным натурных наблюдений, внутригодовые изменения местоположения шной границы гидрофронта в среднем составляют около 300 км.

Количественные оценю! аккумуляционной составляющей водного баланса Обско-Тазовской устьевой области выполнялись по -данным о морфометрических характеристиках водоема, интегральным кривым запасов водной массы и сведениям о дальности проникновения морских вод в северную часть Обской губы.

Согласно результатам проведенных расчетов, регулирование запасов пресных вод в устьевой области Оби в среднем на 97$ обусловлено перемещением зоны раздела речных и морских водных масс. При этом, в холодный сезон, вследствие перемещения гидрофронта в южном направлении, имеет место заполнение "свободной" за счет уменьшения притока пресных вод части водоема солеными водными массами. В теплый период отмечается смещение гидрофронта в северном направлении, что увеличивает объем пресноводной части водоема.

Показано, что особенности сопряжения уровенных поверхностей реки и приемного водоема (моря) обусловливают то обстоятельство, что глубина эстуария мало зависит от величины прихода пресных вод в устьевую область, а определяется, в основном, колебаниям уровня моря.

Величина сезонных изменений влагозапасов в Обской губе составляет в среднем около 75 км3, при этом сезонное регулирование влаги за счет колебаний фонового уровня воды не превышает 2 км3.

- II -

Ледообразование и ледотзякие

Ледяной покров Обско-Тазовской устьевой области является одним из элементов водного баланса, осуществляющих внутригодо-вое перераспределение пресной влаги водоема.

Для оценки объема пресной влаги, участвующей в фазовых переходах "вода-дед-вода", использовались материалы наблюдений стационарной гидрологической сети и многолетних экспедиционных исследований Амдерминского Ш1.

Средняя (взвешенная по плошяди) мощность ледяного покрова устьевой области на конец холодного сезона составила 152 см,со-

о

ответственно запасы эддкой влаги - 65 км .

Пространственная изменчивость толщин льда в устьевой области определяется неоднородностью климатических и морфометрачес-ких характеристик балансовых районов, а также особенностями их гидрологического решма.

Межгодовая изменчивость мощности ледяного покрова в Обско-Тазовской устьевой области определяется как факторами регионального, так и планетарного масштаба. На фоне долговременных изменений запасов льда в устьевой области, обусловленных температурным фоном полушария, отчетливо проявляйте йшуктуации различной амплитуды и продолжительности, вызванные аномалиями температур воздуха в бассейне, высот снеаного покрова на льду и притока речных зод в устьевую область.

Водообмен с подземными водами

Подземный сток поступает в устьевую область двумя путями -с речным.стоком и непосредственно через ложе и берега объекта.

В первом случае дренируемый поверхностными водами подземный сток входит в величину общего речного стока, и, следовательно, учитываетая в водном балансе.

Величина непосредственно подземного стока в чашу водоема ориентировочно оценена по среднему модулю субмаринного притона арктической зоны. Объем подземного притока не превышает 1,0 км^ (около 0,3£ от среднего запаса пресных вод) и может быть отнесен к суммарной погрешности расчета.

Испарение о водной поверхности

Для определения объема испарения влаги с акватории Обско-Тазовской устьевой области использовалась полуэмпирическая формула ГГИ.

- 12 -

Для проверки достоверности результатов расчетов были использованы данные экспедиционных гидрологических и метеорологических наблюдений, выполненные автором в различных районах акватории Обско-Тазовской устьевой области.

Малая продолжительность безледоставного периода и низкая интенсивность испарения с водной поверхности обусловливают незначительную роль испарения как расходной части водного баланса.

В то же время, вследствие большой площади водной поверхности устьевого взморья и особенностей ветрового режима, абсолютная величина влаги испарившейся за теплый период велика и составляет около 8 юл3.

Для всех районов устьевой области в последние годы отмечается тенденция к некоторому увеличению объемов испарения с водной поверхности.

Основной чертой пространственного распределения испарения является уменьшение суммарных объемов испарения в направлении с юта на север при относительно малых градиентах изменений (в среднем 7,0 мм/100 км).

Внутригодовые колебания испарения с акватории устьевой области такяе имеют свои особенности. Максимум интенсивности испарения для юяных районов области приходится на август и смещается для севера Обской губы на сентябрь-октябрь.

Отток пресных вод в Каоское море

Водообмен Обско-Тазовской устьевой области с Карским морем, так же как к массоперенос между отдельными частями водоема, формируется под действием комплекса факторов, среди которых - поверхностный приток речных вод, разномасштабные колебания • уровня моря, ледяной покров, а также плотноетная неоднородность водной массы в северной части Обской губы.

В соответствии с балансовым подходом объем пресноводного оттока из устьевой области Оби и ее районов полностью определяется количеством пресной воды, поступившей в водоем, изменениями пресноводных запасов в границах объекта, а такжеобъемами влаги, израсходованной на испарение, ледообразование и водопот-ребление.

Расчет объемов пресноводного оттока через границы балансовых районов и устьевой системы в целом проводился по уравнениям:

для холодного периода

V(t)oTT = Víí)sfi+Vít/Jмл~ Vit/ j/щ.

дая теплого периода

Vetiorr=Vit Jm +V(tfb+V(t/lAA HMít.Ci oc *\lIt,Oo с)- Vít,e) исп ¿aWAU

где \[оГТ~ отток пресных вод через границы балансовых районов, Ybn и Vií" внешний и местный поверхностный приток; объем жидкой влаги з ледяном покрове; Ve* ,Vj[ - атмосферные осадки холодного и теплого периодов на акваторию; Vucn- испарение с поверхности водоема; аккумуляция (сработка)пресной влаги в границах балансового района; £ - расчетный период» £ - дальность проникновения соленых вод.

При оценке объемов выноса пресных вод через морскую границу балансовой системы использовались данные о среднем за расчетный балансовый период местоположении у дна изогалины If*> солености.

Необходимо подчеркнуть, что представление массопереноса между устьевой областью и морем в виде балансового оттока является допущением, сделанным в интересах и с учетом задач, поставленных в настоящей работе.

Полученные оценки объемов оттока являются показателя:® суммарного эффекта реального природного процесса водообмена мевду эстуарием и порем.

По сравнению с другими водными объектами суши (реками,озерами, водохранилищам!), водообмен Обско-Тазовской устьевой области с внешней средой обладает рядом особенностей, обусловлен--ных существованием открытой морфологической границы с морем и динамической зоны раздела пресных и соленых морских водных масс.

Средний объем стока через северную границу пресноводной части устьевой области составил: в холодный период - около 108 км3, в теплый - около 464 км3. ^

В качестве количественного показателя, иллюстрирующего особегности сезонного водообмена в отдельных балансовых районах, предложен коэффициент трансформации входного потока, равный отношению объемов поверхностного оттока пресной влаги на выходе из системы (балансового района) и суммарного потока вла-

- 14 -

ги на входе в систему (балансовый подрайон). "

Коэффициент трансформации входного потока характеризует степень и направленность воздействия процесса аккумуляции(сработай) жидкой и твердой влаги в эстуарии на отток пресных вод в приемный водоем (табл.2).

Таблица 2

Среднемноголетние величины коэффициентов трансформации входных потоков влаги (для балансовых районов устьевой области)

Район Период холодный теплый

Придельтовый участок Оби 1,0 1,0

Дельта Оби 0,94 1,0

Юг Обской губы 0,70 1,0

Тазовская губа 0,22 0,98

Север Обской 17бы 1,98 0,96

В холодный период года величина оттока пресных вод через < нижние границы придельтового участка Оби, ее дельты и юга Обской губы формируется в условиях низкого речного стока и интенсивных потерь влаги на ледообразование. По длине устьевой области с юга на север наблвдается уменьшение поверхностного оттока (коэффициент трансформации меньше единицы).

В теплый период для перечисленных районов свойствен транзитный характер водообмена, трансформация суммарного входного потока практически не происходит.

В северной части Обской губы, вследствие значительных объемов аккумуляции (сработки) пресной влаги, происходит существенная' трансформация входного потока.

Так, в холодный период года величина объема пресноводного оттока в Карское море почти в 2 раза превышает объем водной массы, поступившей в водоем. При этом пресноводный отток примерно на 7С$ сформирован за счет влаги, накопленной в теплый сезон.

В теплый период года в северной части Обской губы, вследствие смещения среднего положения границы раздела пресных и соленых вод в сторону моря, происходит увеличение пресноводных запасов в чаше водоема, на что расходуется около 14% суммарного прихода влаги.

- 15 -

Водообмен между Тазовской и Обской губаш в теплый период года обеспечивает поступление в северную часть Обской губы около 108 км3 пресной воды;

В отдельные годы, в условиях низких температур воздуха,малого количества твердых осадков и низкого речного стока в Та-зовскую губу, в холодный период отмечен компенсирующий переток влаги из Обской губы в Тазовскую (повторяемость таких ситуаций составляет в среднем около 20%).

В третьей главе приведены составленные автором уравнения пресноводного баланса Обско-Тазозской устьевой области и ее балансовых районов для отдельных лет и сезонов периода с естественным (ненарушенным) гидрометеорологическим регшмом. Здесь же выполнены оценки пресноводных запасов устьевой области и скорости их полного и частичного обновления.

Уравнения водного баланса имеют следующую структуру: дая холодного периода

Vit)Bfl + Vit.£)Mn "Vit/l/ii -Vi'joTT = th\fJm

дая теплого периода

X т

Vitbn Mtü мп+У(ь,е)Ай+( W,0oc)-\J(t,e)m~ И» OTT-г aWmx

дая балансового года

X т

УюьпЛ/Ммп

где все обозначения те же, что в формулах (I).

Ранее автором было установлено, что такие элементы водного баланса, как испарение со снега, конденсация влаги на поверхности снежно-ледяного покрова и водообмен с подземный водами могут не учитываться вследствие малых значений.

Средний объем внешнего поверхностного притока в устьевую область за холодный сезон составил 72,5 км3, местного притока с бассейна - 18,1 км3. Пресноводная масса в холодный период расходуется на ледообразование (около 58,5 км3) и на отток в Карское море (108 км3). В результате, средний объем сработки составляет около 75,4 км3.

Следует отметить особую роль процесоа ледообразования в

водообмене арктического эстуария. Так, затраты влаги на ледообразование в холодный период года в среднем составляют 6А% от суммарного прихода влаги.

Соотношения между элементами водного баланса отдельных балансовых районов при общих составляющих могут существенно различаться.

Для придельтового участка Оби характерно равенство величин притока вод на речной границе и оттока на границе с дельтой.

Местный приток, потери на ледообразование и русловое регулирование практически не отражаются на величине транзитного потока.

С увеличением показателя площади водной поверхности балансового района К(Я= ^ (где F0 ' - площадь зеркала водоема, Я - площадь его водосбора) уменьшается проточность объекта, что отражается на соотношениях балансовых составляющих.

Так, для дельты Оби, при сохранении речного характера водообмена, в водном балансе возрастает роль затрат воды на ледообразование.

В значительно большей степени трансформирующая роль ледяного покрова проявляется в'балансе вод устьевого взморья - Обской и Тазовской губ. На долю ледообразования в Обской губе приходится около 40$ суммарных потерь пресной влаги, в Тазов- ■ ской губе -

Ванной особенностью водообмена устьевой области в холодный сезон является сработка части пресных вод, накопленных в предыдущий многоводный сезон. Объем сработки пресных вод в холодный период в среднем составляет около 70$ объема поверхностного оттока в Карское море.

В теплый период года активность водообменных процессов в устьевой области значительно возрастает, как за счет увеличения речного притока, так и вследствие появления дополнительных элементов в водном балансе (испарения, атмооферных осадков, таяния снежно-ледяного покрова).

Средний за теплый период объем притока пресных вод в устьевую область составляет около 546 км3, из них около 333 км3 -это приток Оби, 131 км3 - местный приток о водосбора, 17,8 км3-атмосферные осадки на акваторию и 63,9 км3 - объем воды, выде-

ленной при таянии ледяного покрова в границах прескозодной части эстуария.

Вклад местной влаги в баланс пресных вод (местный приток, осадки и ледстаянке) возрастает по мере увеличения показателя площади водной поверхности. В целок, около 6С$ пресной влаги в теплый период года поступает в устьевуы область через речную границу водоема. Объем пресной влаги, поступающей в водоем в результате таяния снежно-ледяного покрова, составляет в среднем около 70,1 км3 (или около 13^ суммарного прихода пресных вод).

Расходная часть водного баланса устьевой области Оби в теплый период года на 99$ формируется пресными водами, поступающими из Обской губы в Карское море (в среднем около 464 км3).Данное обстоятельство оказывает существенное воздействие на ледовый и гидрологический режим морской акватории.

Аккумуляция пресных вод в теплый период года осуществляется в северной части Обской губы, при этом объем сезонного накопления в среднем составляет около 73 км3 пресной влаги, на что расходуется около 14°' суммарного объема поступивших пресных вод.

Общий приход пресной влаги в теплый период по сравнению о холодным сезоном возрастает более, чем в 6 раз, отток за пределы области - в 4,4 раза.

Результаты анализа сопряженности временных колебаний составляющих водного баланса устьевой области и ее районов показали, что колебания отдельных балансовых элементов имеют как индивидуальные, так и общие черты, и обусловлены действием факторов различного временного и пространственного масштаба.

Несмотря на различия в особенностях временной изменчивости отдельных элементов балансовой системы, отмзчоны общие закономерности колебаний этих величин, в особенности в низкочастотной области спектра. Данное обстоятельство связано с тем, что в условиях преимущественно адвективного характера тепловлагообеспе-чеяия территории бассейна, временная изменчивость его балансовых показателей во многом определяется закономерностями'смены типичных форм атмосферной циркуляции, в атлантико-евразийсном секторе полушария. При этом воздействие макрофакторов проявляется как в формировании длительных тенденций в колебаниях элементов балансовой системы, так и в аномальности ее составляющих в

конкретные периоды времени.

В этой ке главе помещены оценки сезонных и годовых пресноводных запасов Обско-Тазовской устьевой области и ее балансовых районов.

В холодный сезон в устьевой области Оби аккумулируется в среднем около 300 км3 пресной влага, в теплый - 360 км3.

Около 98$ пресной влаги сосредоточено в устьевом взморье, из них 85$ - в Обской губе.

Формирование водшгс запасов устьевой области происходит под воздействием большого числа факторов, основными из которых являются морфометрические характеристики, водообеспечен-ность расчетного период . и наличие открытой границы устьевой области с морем.

Функции временного регулирования ресурсов пресных вод Обско-Тазовской устьевой области осуществляет северная часть Обской губы. Юг Обской губы и Тазовокая губа имеют практически неизменный объем пресноводных запасов, не зависящий от тепло-влагообесиечонности года.

Запасы пресных вод в Обско-Тазовской устьевой области испытывали тенденцию к понижению с конца 50-х до конце 60-х годов. Начиная с 1966-1968 года, в колебаниях водных ресурсов наблюдается тенденция-к увеличению объемов пресноводных запасов.

В качестве интегральной характеристики совокупности про- ' цессов водообмена в Обско-Тазовской устьевой области выступает скорость или интенсивность обновления пресноводных запасов объекта.

Процесс последовательной замены пресных вод в чаше устьевого взморья описан в настоящей работе логарифмической формулой А.В.Караушева: . . л ,

т --щ^еда-у) «>

Урсх X

- доля расчетного периода Г , необходимая для замены часта начального объема запасов пресных вод;^^-преснозодный запас устьевой области; доля начального

объема, оставшаяся в водоемеойъем суммарного расхо- . да пресных вод.

Согласно результатам расчетов, за холодный сезон замене подвергается около 42$ пресноводной массы,в теплый около -73$.

- 19 -

Полная замена пресных еод в Обско-Тазовской устьевой области происходит примерно за 2,5 года.

Пространственная изменчивость пресноводных запасов устьевой области связана с различными условиями формирования водообмена отдельных балансовых районов.

Так, для придельтового района Оби отмечен речной (транзитный) характер переноса води по длине объекта, для дельты Оби - переходный, о существенным замедлением водообмена в холодный период. Устьевое взморье является водоемом с замедленной интенсивностью водообмена как з теплый, так и в холодный период года.

В конце главы приводятся сведения о погрешностях составления балансовых уравнений, а таете выводы о достоверности результатов балансовых расчетов и пригодности их использования в научных и практических целях.

В четвертой глазе рассмотрены условия и механизм устойчивости водообмена и пресноводных запасов Обско-Тазовской устьевой области при естественных и антропогенных изменениях факторов внешней среда.

Признание целостности устьевой балансовой системы обусловливает необходимость анализа и учета ее интегральных характеристик. Наиболее важным свойством балансовой системы является ее устойчивость - как свойство системы реагировать на внешние воздействия.

Способы количественных и качественных оценок устойчивости природных систем разнообразны, более того, вероятно, только комплекс показателей может претендовать на достаточно полное •описание этого свойства (А.А.Ляпунов, 1970; В.Д.Федоров,1974, 1980).

На первом этапе количественного анализа устойчивости балансовой системы необходимо определить понятия нормы и аномальности в состоянии системы.

В качестве способа ограничения диапазона природной изменчивости параметров балансовой системы принята эмпирическая статистическая норма. Статистическая норма различной обеспеченности позволяет установить, насколько нынешнее состояние балансовой системы (по принятым показателям) характерно для ее естественного ненарушенного состояния.

- 20 -

Выход рассматриваемого показателя (например, скорости обновления водозапасов) за пределы нормального состояния с определенной вероятностью указывает ка существенное изменение естественных условий формирования водообмена.

Область допустимого (нормального) состояния элементов водного баланса в настоящей работе была ограничена по формуле:

= Ч/л«, — КрО^М (4)

V / {Аштах = \/п0 + !<Р где \ftlt) - допустимее пределы естественного (нормального)состоятся рассматриваемого показателя водообмена; \/л0 - статистическая норма; ]{р - инозитель толерантности для различных вероятностей соответствия показателя \/(Ц норме; сРеД~

нее каадратическое отклонение показателя.

Ка основания анализа соотношений мелду объема:.® суммарного поступления и расходования пресной влаги в устьевую область, а такие потоками влаги и изменениями вросноводных запасов, в настоящей работе предложены показатели, иллюстрирующие в количественной форма устойчивость водообмена балансовой системы.

Отмечено, что особенности сопряжения уровенкых поверхностей эстуария и Карского моря обусловливают слабую зависимость среднегодового наполнения (глубины) водоема от водообеспечеяно-ста года. Изменение величин сезонных и годовых запасов пресных вод определяется, прежде всего, перемещением по длине устьевой облаоти границы раздела пресных и соленых вод.

При этом, внутри балансового года за счет сезонного накопления и сработай пресноводной массы осуществляется перераспределение части влаги мевду теплым многоводным и холодным маловодным сезонами, что стабилизирует во времени колебания выходного потока системы.

В то же время, наблюдается действие механизма восстанавливаемости - чем больше сработка накопленных в чапе водоема пресных вод в маловодный период, тем больше аккумуляция в многоводный сезон,

Аналогичный эффект наблюдается и в межгодозых колебаниях водозапасов устьевой области. 3 работе показано, что межгодовые изменения водозапасов направлены на возвращение объемов аккумулированных в устьевой области пресных вод в состояние равнове-

сея. Наибольшие изменения общих пресноводных влагозапасов устьевой области за серию маловодных (многоводных) лет могут быть приняты за один из показателей естественного состояния водообмена.

В данной главе высказаны прогностические соображения о будущем состоянии пресноводного баланса и водных ресурсоз Обско-Газовской устьевой области в условиях усиления антропогенного зоздействия.

При этом учитывались возможные изменения балансовых состав-тяющих как в результате влияния человеческой деятельности в бас-зейне водоема, так и под воздействием антропогенного изменения слимата.

На основе методики преобразованных водных балансов ГТИ Т.А.Плиткин, 1983), а такхе результатов оценок региональных ¡зменений увлажненности Западной Сибири по линейной эмпирпко-¡татистической модели (К.Я.Винников, П.Я.Гройсман, 1979), авто-юм сделаны оценки возможных изменений пресноводного баланса и юласов пресных вод устьевой области на период до 2000 года.

. В качестве сценариев антропогенного воздействия принимаюсь два случая:

1. Хозяйственная деятельность в бассейне Оби находится на ровне прогнозируемых объемов водопотребления на 1990 и 2000 оды, при неизменном глобальном температурном фоне (средней приемной температуре воздуха Северного полушария);

2. При условиях водопотребления в бассейне Оби, изложенных предыдущем сценарии, средняя многолетняя температура воздуха

еверного полушария повышается на 0,5°С (начало 90-х годов) и а 1,0°С (начало ХП века) по сравнению с современным состояни-м (прогноз ГШ).

В табл.3 представлены вероятные значения элементов водного эланса в случае глобального потепления климата, а также,для равнения - баланс при естественных (ненарушенных) условиях.

Для учета степени влияния хозяйственной деятельности в зссейне Оби на баланс пресных вод в Обско-Тазовской устьевой Зластя использовались сведения о прогнозируемых уровнях водо->требления (ГТИ), согласно-которым суммарное влияние всех ви-)в хозяйственной деятельности на территории водосбора привезя к уменьшению годового стока в г.Салехарде в 1990 году на

Таблица 3

Перспективные балансы пресных вод в Обско-Тазовской устьевой области при различных вариантах потепления климата

Элемент Норг- ч,км3 Т-То=0,5°С км05 % нормы Г-То=1 км° •9°С % нормы

Приток Оби 397 411 3,5 425 7,0

Приток Пура и Таза 81,7 87,8 7,5 93,9 15,0

Местный приток 63,4 68,1 7,4 72,3 14,8

Атмосферные осадки 16,9 18,2 7,7 19,5 15,4

Испарение 6,33 6,84 8,1 7,35 16,1

Отток в Карское море 553 578 4,5 603 9,0

Объем пресных вод 331 333 0,6 334 0,9

Скорость обновления 1,69 1,76 4,1 1,83 8,2

22,3 км3, в 2000 году -на 21,3 км3.

Анализ результатов оценок изменений балансовых составляющих устьевой области с учетом как антропогенного потепления климата, так и хозяйственной деятельности в бассейне показал, что при прогнозируемом уровне антропогенного воздействия к началу 90-х годов существенных изменений в водообмене Обско-Та-зовской устьевой области с окружающей средой не произойдет.Климатические изменения баланса пресных вод будут уравновешиваться воздействием хозяйственной деятельности в бассейне Оби.

При дальнейшем потеплении климата (повышение средней температуры полушария на 1,0°С) роль климатического фактора в изменениях водного баланса устьевой области возрастет. Вероятно общее увеличение поступлений пресной влаги примерно на &% относительно нормы. Абсолютная величина увеличения объема выноса преоной влаги в Карское море составит около 30 км3.

Вследствие хозяйственного воздействия на гидрологический режим Оба (в ее нижнем и среднем течении), изменения водного баланса устьевой области ожидаются меньшими, чем могли бы быть при действии лишь климатического фактора. Запасы пресных вод в устьевом взморье водоем практически не изменятся.

Таким образом, можно утверждать, что вероятные изменения пресноводных запасов и объемов оттока вод в Карское море до конца XX века не превысят Ъ%, как в случае реализации первого, так и второго сценария развития климата.

- 23 -

3 случае продолжения глобального потепления (рост температуры более 1,0°С) вероятные изменения в водном балансе будут 5олее существенным. -

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы,полученные при исследовании закономерностей формирования водного баланса и водных ресурсов Обско-Тазовской устье-зой области.

Главным результатом исследования можно назвать концептуаль-1ую модель внутреннего и внешнего водообмена устьевой области >стуарного типа, включаюцую в себя данные анализа устьевой ба-гансовой система с элементных, пространственных и факторных позиций.

Сведения о современном и перспективном водном балансе Обс-ю-Тазовской устьевой области, запасам пресных вод и скорости IX обновления могут быть использованы научными, проектными и [роизводственньши организациями для обоснования работ по освоению и охране водных ресурсов Обского бассейна, а также для исследования термического, химического и биологического режимов 'стьевого водоема и прилегающей акватории Карского моря.

Можно рекомендовать применение предложенного подхода к ис-¡ледованию водообмена Обско-Тазовской устьевой области и для ¡ругих устьевых областей арктической зоны.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих >аботах:

1. Народов М.В. Водные ресурсы Пур-Тазовский устьевой облети в периоды различной влагообеспеченности /Лркт.и антаркт. ИМ. - Л., 1989. - 12 с. - Деп.в ИЦ ВШИШИ-ШД.

2. Паролов М.З. Водный баланс и водные ресурсы Обско-Та-ювекой устьевой области /Аркт.и антаркт.НИИ. - Л., 1989. -

.о с. - Деп.в ИД ВПИИПМ-М1Д. • -

3. Пространственно-временная изменчивость минимального тока рек ETC в летне-осенний сезон /(в соавторстве)// Вопросы идрологических расчетов и охрана пресных вод. - Л., 1986.-¡.3-10. - Межвуз.сб./Ленингр.политехнический ин-т; Вып.94.

Л, Итоги и перспективы изучения гидрологического режима !н"сейской устьевой области.в целях обеспечения круглогодичной авигацаи /(В соавторстве) // Материалы 1У Всесоюзного совеща-ия-семинара по гидрологии устьев рек. - М., 1990. - С.80-81.