Влияние ледяного покрова на взаимодействие поверхностных и подземных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.27, кандидат географических наук Гуревич, Елена Витальевна

• Гуревич, Елена Витальевна
• кандидат географических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат географических наук Гуревич, Елена Витальевна

Введение::.;.

ГЛАВА 1 Обзор ранее выполненных исследований по проблеме.„

ГЛАВА 2 Общая характеристика изменений ледового и водного режима в северных районах России.

2.1 Сравнительный анализ метеоусловий в разных регионах.

2.2 Краткая характеристика изменений ледового и водного режимов рек.

ГЛАВА 3 Регулирующее влияние температурно-ледового фактора на формирование подземного петания рек зимой

3.1. Роль ледяного покрова малых рек в формировании стока в речном бассейне. -. .„.

3.2' Ледяной покров и зимний сток рек в бассейне р.Алдан.

3.3 Влияние температуры воздуха науровенныйрежим напримере ррЛуги).:,.

3.4 Влияние температурно-ледового фактора на неравномерность вклада различных звеньев речной сети в формирование зимнего стока в речном бассейне.

Глава 4 Условий формирования зимнего стока рек.

4 . Г Анализ кривых истощения стока рек в зиштй период.

4.2 Изменение зимнего стока под влиянием метеофакторов.

4.2.1 Предшествующее,увлажнение.

4.2.2 Влияние суровости зимы на формирование стока малых рек к.

4.3 Типы замерзания и зимний сток малых рек.

4.4Схема прогноза^имнего^етока^рек для рек бассейна^Неверной^ Двины. „.

Глава 5 Взаимодействие поверхностных и подземных вод в зимний период:.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние ледяного покрова на взаимодействие поверхностных и подземных вод»

Наиболее чувствительными к произошедшему за последние два десятилетия потеплению климата оказались гидрологические характеристики зимнего сезона - зимний сток и ледовый режим рек [7, 17, 18, 23, 25, 29, 40, 56, 88, 90, 95-103]. Уже признанным фактом является то, что со второй половины 70-х годов прошлого столетия и по настоящее время происходит увеличение зимнего стока рек России. В некоторых районах оно достигает 50% и более по отношению к средним многолетним значениям. Проблема увеличения зимнего стока рек России за последние два десятилетия привлекает к себе все больше внимания. Это объясняется тем, что характеристики зимнего стока лимитируют водос потребление и имеют важнейшее значение при водохозяйственном и строительном проектировании. Рациональное использование ресурсов поверхностных и подземных вод невозможно без учета их взаимосвязи« и ее пространственно-временных изменений под влиянием современного потепления зим. Природа же этих изменений для периода ледостава на реках до сих пор не изучена. Для России, как и для других северных стран, эти процессы являются значимыми, так как в морозный период длительностью 4-6 и более месяцев реки покрываются мощным ледяным покровом, большинство малых рек, а в крио-литозоне нередко и средние - перемерзает.

Целью работы является оценка влияния ледяного покрова на подземное питание и зимний сток рек. При достижении этой цели решались следующие задачи:

• анализ гидрометеорологических условий с целью выявления основных стокоформирующих факторов зимнего стока рек;

• исследование вклада разных звеньев речной сети в формирование зимнего стока в речном бассейне с учетом суровости зим;

• оценка влияния ледяного покрова рек на минимальный зимний сток.

С научной точки зрения, актуальность выбранной темы определяется тем, что мало исследована генетическая сторона вопроса, раскрывающая механизм формирования зимнего стока под комплексным влиянием увлажненности водосборов, потерь стока рек на ледообразование, особенностей зимнего дренирования реками подземных водоносных горизонтов. Важно знать и раскрыть причины колебания стока рек и' изменения условий подземного питания рек в результате потепления или похолодания зим. Подобные исследования необходимы для более глубокого познания процессов формирования и взаимодействия поверхностных и подземных вод.

С практической точки зрения, необходимо усовершенствование методов прогнозной оценки естественных ресурсов подземных вод для питьевого и хозяйственного водоснабжения. Считается, что минимальный сток рек является объективной характеристикой естественных ресурсов подземных вод. Остается ли он таковой при образовании мощного ледяного» покрова, затрудняющего движение воды в реках и, соответственно, изменяющей его дренирующую способность?

Методы исследований. В данной работе использовался комплексный анализ гидрометеорологических условий формирования зимнего стока рек в различных по природным условиям районах России. При этом учитывалось, что процесс формирования стока неоднороден в разных звеньях гидрографической сети. На основе данных наблюдений на сети Росгидромета установлены эмпирические связи минимального зимнего стока с основными стокоформи-рующими факторами и, в частности с толщиной льда.

Исходная информация: среднемесячные значения расходов воды и толщины речного льда с общим периодом наблюдений 1958-2005гг, температуры воздуха за период 1891-2007гг, а также суточные и декадные данные за отдельные годы.

Исследования выполнены для рек Северного края, Сибири, Европейской части территории России: Исследования выполнены для разных речных бассейнов: Северной Двины (29 водпостов), Алдана (12 водпостовпостов),. Луги (1 водпост), Ловати (10 водпостов), Сяси (9 водпостов), Полы (6 водпостов), Оки (37 водпостов), Трубежи (1 водпост), Воркутинки (1 водпост).

Научная новизна работы состоит в следующем.

• Установлено регулирующее влияние ледяного покрова в районах с продолжительной зимой на дренирующую способность гидрографической сети.

• Выявлена связь интенсивности нарастания льда в течение зимы с формой гидрографа зимнего стока в разных звеньях гидрографической сети. Эта связь может быть использована для уточнения прогноза минимального стока.

• Впервые сформулированы основные положения о механизме влияния ледяного покрова на пространственно-временную взаимосвязь поверхностных и подземных вод и дана качественная оценка возможных предстоящих изменений зимнего стока на перспективу с учетом ослабления регулирующей роли ледяного покрова рек при сохранении современных тенденций изменения климата.

Основные защищаемые положения

• Ледяной покров рек влияет на дренирующую способность гидрографической сети в районах с продолжительностью зимнего периода более 4 месяцев.

• Определяющее значение в формировании минимального зимнего стока рек имеет интенсивность ледообразования в первые месяцы зимы.

• Температурно-ледовый фактор оказывает влияние на неравномерность подземного питания рек в разных звеньях гидрографической сети.

Полученные в диссертации результаты исследований и практические рекомендации по оценке роли ледяного покрова в формировании зимнего стока рек, взаимодействии речного стока и подземных вод с учетом суровости зим позволяют предложить методы прогноза и расчета зимнего стока в условиях происходящих и ожидаемых изменений климата. Выявленные физические закономерности обусловленности ледообразования и зимнего стока рек дают возможность более надежно и объективно учитывать особенности процессов взаимодействия поверхностных и подземных вод при математическом моделировании процессов формирования зимнего стока рек.

Результаты выполненных исследований показывают недооценную роль ледяного покрова, как временного (сезонного) климатического индикатора суровости зим, и имеют важное значение в изучении взаимодействия поверхностных и подземных вод для оценки возможных изменений водного режима речных бассейнов на фоне многолетнего потепления зимних сезонов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Гуревич, Елена Витальевна, 2010 год

1. Агафонова С.А., Фролова Н.Л. Особенности ледового режима рек бассейна Северной Двины.// Водные ресурсы, 2007, т.34, №2, с.141-149.

2. Алексеев В.Р. Криология Сибири. Новосибирск: «Гео», 2008, -483 с.

3. Алексеев Г.А. О кривых истощения стока.// Метеорология и гидрология,1956, №10, с.41-45.

4. Аминева В.Я. Исследования и расчет нарастания ледяного покрова на реках. //Автореф.дис.канд.геогр.наук. М.:, 1976, -19 с.

5. Анисимов O.A., Лобанов В.А., Ренева С.А. Анализ изменений температуры воздуха на территории России и эмпирический прогноз на первую четверь XXI века. //Метеорология и гидрология, 2007, №10, с.20-30.

6. Аржакова С.К. Зимний сток рек криолитозоны России. СПб.:Изд-во РГГМУ, 2001,-208 с.

7. Бабинец А., Лясковский Ю.В. Метод оценки ресурсов подземных вод с учетом потерь на ледообразование.//Доклады АН УССР, 1978, №6, с.483-485.

8. Барисас А.Ю. Криогенный минимум стока. //Труды V Всесоюзного гидрологического съезда. /Теория и методы гидрологических расчетов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989, с.475-478.

9. Белоконь П.Н. Инженерная гидравлика потока под ледяным покровом. М.Л.: Госэнергоиздат, 1940, -160с.

10. Бибикова Е.С. Об использовании данных кадастра наледей для анализа стока некоторых рек Северо-Востока СССР.//Тр.ЦИП, 1964, вып. 129, с.43-50.

11. Близняк Е.В. Река Енисей от Красноярска до Енисейска. Ч.П: Зимнее состояние реки. Спб.: 1916,-79с.

12. Бузин В.А. Заторы льда и.заторные наводнения на реках. СП61: Гидрометеоиздат, 2004, -203с.

13. Быдин Ф.И: Зимний режим рек и методы его изучения. Исследования* рек СССР. Л.: Изд.ГГИ, 1933,-237с.

14. Владимиров А.М: Особенности формирования и расчет минимального стока малых рек СССР: //Тр.ГГИ, 1966;.вып. 133, с.148-175.

15. Воскресенский К.П. Опыт разработки методики прогнозов меженного^ режима рек Европейской.части СССРг//Тр.ГТИ, 1940, вып.10, с.136-164.

16. Водные ресурсы России и их использование. //Под ред.проф. Шикломанова ША., Спб: ГШ, 2008; -600 с.

17. Гидрологические ежегодники. Т.1 Бассейн Балтийского моря, вып. 0-3 БассейныФинского и Рижского заливов Балтийского моря от гос. границы с Финляндией до северного водораздела р.Салаца, Л.: Гидрометеоиздат, 1954-88 гг.

18. Гидрологические ежегодники. Т. 8 Бассейны морей Лаптевых, ВосточноСибирского, Чукотского. Вып.0-7 Бассейны морей Лаптевых и ВосточноСибирского до р.Колыма.Якутск: 1951-92гг.

19. Гинзбург Б. М: Влияние температуры поверхности океанов на сроки замерзания и вскрытия рек. СПб;: Гидрометеоиздат,.2005, -100с.

20. Гинзбург Б. М., Солдатова И.И. Многолетняя изменчивость сроков-ледовых явлений на реках как индикатор колебаний климата переходных сезонов. //Метеорология и гидрология, 1997, №11, с.99-107.

21. Гуревич Е.В., Марков M.JL О гидрологическом аспекте сохранения и развития особо охраняемых природных территорий в северных районах России. //Доклады Третьей международной конференции «Особо охраняемые природные территории». СПб.: 2008, с.68-73.

22. Гуревич Е.В. Влияние температуры воздуха на зимний сток рек (на примере бассейна р.Алдан). // Метеорология и гидрология, 2009 , с.92-99.

23. Гуревич М.И. Вычисление декадного стока средних и больших рек по стоку малых. //Тр.ГГИ, 1967, вып. 138, с.76-94.

24. Данные по температуре воздуха и осадкам Электронный ресурс. — Режим доступа: http://meteo.ru/climate/sp clim.php. — Загл. с экрана.

25. Дейкин Б.Н:, Марков M.JI. Расчет запасов воды в ледяном-покрове рек и наледях для оценки подземных вод в центральных районах зоны БАМ. Иркутск: Гляциологические исследования Сибири, 1985, с.92-101.

26. Донченко Р.В. Ледовый режим рек СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1987, -246 с.

27. Ефимова H.A., Строкина Л.А. Эмпирические оценки изменений климата на континентах северного полушария в конце XX века.// Кн. Изменения климата и их последствия. СПб.: «Наука», 2002, с.93-104.

28. Змиева Е.С. Расчет и прогноз гидрографа половодья большой реки по1 стоку малых рек. //Тр.ЛГМИ, 1968, вып.ЗЗ, с.3-25.

29. Иванов А.И. О связи сока со структурой речной сети. //География и природные ресурсы, №3, 1986,с.155-158.

30. Калинин Г.П. К анализу методов расчета русловых запасов и притокаводы в речную сеть. //Тр.ЦИП, 1963, вып.117, с.3-18.

31. Карасев И.Ф. Методы.оценки точности гидрометрического учета стока. //Тр.ГГИ, 1976, вып.234, с.52-71.

32. Ковалев JI.M. Расчеты зимнего стока рек с ледяным покровом. МЛ.:, Госэнергоиздат, 1950,-104 с.

33. Колупайло С.И. Учет стока р.Неман за 1812-1932 годы.//Сб. «IV гидрологическая конференция Балтийских страп».-Л.: Изд.ГГИ, 1933.

34. Комаров В-Д. Методы краткосрочных прогнозов появления сала и установление ледостава на реках бассейна р. Волги выше устья р.Камы. //Тр.ЦИП, 1947, вып.2 (29), с.25-36.

35. Комлев A.M. О сезонной и многолетней зарегулированности стока горных рек Алтая (на примере бассейна р.Катути).// Кн. :Водные ресурсы Западной Сибири, Новосибирск: Зап.-Сиб; кн.изд-во, 1964, с.З1-38.

36. Кононова Н:К. Изменение характера циркуляции атмосферы в последние десятилетия как фактор изменения климатических и ледовых условий Арктики: Материалы, гляциологических исследований, 2006, вып. 100, с. 191 -199.

37. Кравченко В.В. Роль наледей в формировании зимнего речного стока и ледяного покрова рек западной части зоны БАМа. //Тр.ГТИ, 1986, вып.312. с.34-84. .

38. Кравченко В.В., Гизетдинов A.M. Расчет зимнего стока криолитозоны на основе восстановления его гидрографа. //Tp.i I И, 1991, вып.З55, с.41-60.

39. Кравченко В.В;, Черных O.A. Роль ледяного покрова в формировании зимнего стока рек Забайкалья. Иркутск: Гляциологические исследования Сибири, 1983, с.73-91. .

40. Кравченко В.В., Гизетдинов А.М., Черных O.A. Наледные системы речных бассейнов как результат взаимодействия поверхностных и подземных вод.//Кн. Проблемы наледеведения. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1991 с.66-76.

41. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф., Российский К.И. Зимний термическийрежим водохранилищ^ рек й каналов. М.: Госэнергоиздат, 1954, -155с.

42. Куделин .Б.И: Гидрогеологический анализ и методы определения подземного питания рек. //Труды лаборатории гидрогеол. проблем им Ф.П. Саваренского. М.: Изд-во Ан СССР, 1949, т.5 179 с.

43. Куделин Б.И. Принципы региональной оценки естественный ресурсов подземных вод. М!::Изд-во МГУ, i960; 343*с.

44. Левин А.Г., Савченко В.М. Ледниковое и наледное питание рек Северо-Востока СССР. «Колыма», 1959, №4, с.39-451

45. Лифшиц В:М:, Соколов Б.Л. Наледное регулирование подземного стока рек. //ТрТТИ; 1967, вып.139; с. 180-205;

46. Лоттер Г.К. Влияние условий ледообразования и толщины льда на расчет деривационных каналов: //Изв.НИИГ, №7. Л.: Энергоиздаг, 1932.

47. Марков МЛ. Аккумуляция воды в руслах перемерзающих рек. //Тр.ГГИ, 1991 , вып. 355, с.77-84.

48. Марков М.Л. Роль криогенного барража в формировагши стока рек районов многолетней мерзлоты. //Метеорология и. гидрология; 1994; №2, с.98-104

49. Марков М.Л. Пространственно-временная динамика, взаимосвязи . поверхностных и подземных вод. //Сборник по гидрологии 2002, №25, вып.25, с.90-104.

50. МуращенковаН;В: К вопросу о многолетних колебаниях речного стока: //Мат.международной научно-практической конференции. -М: Гос.университет природообустройства, 2008, с.256-262.

51. Наставлениягидрометеорологическим станциям«и постам. Л.: Гидрометеоиздат, 1958, вып.6, часть 3, с.107-198.

52. Нежиховский P.A. Русловая сеть бассейна и процесс формирования воды. -Л:: Гидрометеоиздат, 1971,- 476 с.

53. Норватов A.M. Географическоераспространение промерзания и пересыхания рек СССР;//ТрШГИ-1950; вышб, с.55-81.60.* Огиевский? A.BI Гидрология- сушш М:: Госэнергоиздат, 1951, -515 с.

54. ПановБЛ Зимний режим рею GCCP: Л Изд-во ЛГУ, 1960; -240с.

55. Нехович ^.И- Основы ледотермики:ЛпЭнергоатомиздат, 19831 -199 с.

56. Пиотрович ВВ. Расчет толщины ледяного покрова на водохранилищах по метеорологическим элементам. Л.: Гидрометеоиздат, 1968;, -185 с.

57. Пономарев В.П. Подземное питание горных рек юга Дальнего Востока.-//Тр.ГГИ« 1979; вып.272, с. 161-203^65; Попов О.В. Подземное питание рек. Л:: Гидрометеоиздат, 1968. -291 с.

58. Ресурсы поверхностных вод СССР. Л: Гидрометеоиздат, 1972, 663с.

59. Ржаницын Hi А. Морфологические и гидрологические закономерности строения речной сети. Л.: Гидрометеоиздат, 1960;-238 с.

60. Руководство -по гидрологическим прогнозам. Вып.З. Прогноз ледовых явлений на реках и водохранилищах. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, -167 с.

61. Рымпга В.А. Ледовые исследования на реках и водохранилищах. Л.: Гидрометеоиздат, 1959. -192с.

62. Рымша В! А., Донченко Р.В! Метод расчета условий образования! внутриводного льда. //Тр.ГГИ, вып.93, с.52-63.

63. РымшаВ.А., Донченко Р.В. Исследования и расчеты замерзания рек и водохранилищ.//Тр.ГГИ, 1965, вып. 129,с.3-18.

64. Симонов Ю.А., Христофоров A.B. Анализ многолетних колебаний стока рек бассейна Северного Ледовитого океана. //Вод.ресурсы, 2005vt.32, №6, с.645-652.

65. Синотин В.И. О гидравлическом расчете потока в период движения в нем льда. М: Гидрометеоиздат, 1967, №9, с.70-73

66. Соколов Б.Л. Использование кривых спада при анализе условий формирования и расчетах подземного стока в реки. //Тр.ГТИ, 1974, вып.213, с. 152-170.

67. Соколов Б.Л. Влияние наледей на речной и подземный сток. //Труды ГГИ, 1972, вып. 167, с.66-78.

68. Соколов Б.Л. Особенности взаимосвязи поверхностных и подземных вод на территории многолетней мерзлоты. //Труды IV Всесоюзного . гидрологического съезда. Том 8. Л: Гидрометеоиздат, 1976, с.147-153.

69. Соколов Б.Л. Стокоформирующая роль наледей. //Вод.ресурсы, №1, 1986, с.3-14.

70. Соколов Б.Л., Любимов Г.А. Ледяной покров и зимний сток рек восточной части БАМа. // Тр.ГТИ, 1986, вып.312, с.11-33.

71. Соколов Б.Л., Марков М.Л. Определение подземного питания рек с учетом особенностей взаимосвязи поверхностных и подземных вод в русловой сети бассейна. //Сборник по гидрологии, 2000, вып.24, с. 11-24.

72. Соколов Б.Л., Черная Ф.Ф. Оценка ежегодных потерь зимнего стока на образование речных наледей и речного льда (на примере рек Северо-Востока СССР). //Тр.ГГИ, 1984, вып.300,с.50-61.

73. Соколов H.H. Водный режим рек Волжского бассейна. Казань: Центральное управление транспорта, 1923.

74. Соколовский Д.Л., Стабриков В.К. Методы учета зимнего стока реки Волги. М.Л.: ОНТИ, 1935.

75. Толстихин О.Н. Приток воды от наледей в бассейн р.Индигирки. // Метеорология и гидрология, 1966, №9, с. 17-22.

76. Чечкин С.А. О расчетах водных и тепловых характеристик замерзших болот. //Метеорология и гидрология, 1962, №2, с.33-35.

77. Чижов А.Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины. Л: Гидрометеоиздат, 1990,-126с.

78. Чижов А.Н. О расчетах ледяного покрова на реках и водохранилищах. //Тр. ГГИ, 1980, вып.270, с.40-55.

79. Чижов А.Н. Исследования механизма наледных явлений на реках. //Тр.ГГИ, 1982, вып.287, с.15-32.

80. Шаночкин С.В. Оценка изменений сроков основных фаз ледового режима в связи с изменением климата.// Тр.ГГИ, 1991, вып.354, с.69-74

81. Шикломанов И.А., Георгиевский В.Ю. Влияние антропогенный изменений климата на гирологический режим и водные ресурсы.// Кн. Изменения климата и их последствия. СПб: «Наука», 2002, с. 152-164.

82. Шикломанов И.А., Шикломанов А.И. Изменения климата и динамика притока речных вод в Северный Ледовитый океан.// Водные ресурсы, том 30, №6, 2003. С. 645-654.

83. Шостакович В.Б. Вскрытие и замерзание вод в Азиатской России. //Известия Восточно-Сибирского отделения РГО, 1906, т.37, -179с.

84. Шуляковский А.Г. К методике расчета толщины ледяного покрова на водохранилище //Тр.Гидрометцентра СССР, 1972, вып.112, с.50-63.

85. ЮницынаВ.П. Опыт оценки процесса берегового регулирования речного стока в бассейне р.Северского Донца. // Сборник работ по гидрологии. Л: Гидрометеоиздат, 1968, №8, с. 122-130.

86. Якимова С.В. Сезонные прогнозы экстремальных уровней грунтовых вод. //Вод.ресурсы, 2005, т.32, № 5.С.539-545.

87. Berezovskaya, S., D. Yang, and L. Hinzman (2005), Long-term annual water balance analysis of the Lena river, Global Planet. Change, 48, p.84- 95.

88. Ghanbari R. Coherence between lake ice cover, local climate and teleconnections (Lake Mendota, Wisconsin). J. of Hydrology 374 (2009), p. 282-293.

89. Daniel White et al. The arctic freshwater system: Changes and impacts. Электронный ресурс. J. Geophys. Res, VOL. 112, G04S54, 2007. -Режим доступа: http://www.whoi.eduyscience/PO/people/fstraneo/pdfs/white.pdf. -Загл. с экрана.

90. Dudley R.W, Hodgkins G.A. Trends in Streamflow, River Ice, and Snowpack for Coastal River Basins in Maine During the 20th Century. Электронныйресурс. 2002. -Режим доступа: http://me.water.usgs.gov/reports/wrir02-4245.pdf. Загл. с экрана.

91. Duguay, C.R., Prowse, T.D., Bonsai, B.R., Brown, R.D., Lacroix, M.P., Menard, P., 2006. Recent trends in Canadian lake ice cover. Hydrological Processes 20, p.781-801.