Водный баланс и уровенный режим озера Чад тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.07, кандидат географических наук Докубу Жозеф-Рудольф

• Докубу Жозеф-Рудольф
• кандидат географических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат географических наук Докубу Жозеф-Рудольф

Введение.

1. История возникновения и развития озера Чад и его бассейна

1.1. Происхождение котловины озера и ее эволюция

1.2. Современное состояние озера и его бассейна

1.2.1. Строение котловины и бассейна озера Чад

1.2.2. Гидрография

2. Физико-географические характеристики территории расположения озерной системы озера Чад

2.1. Природные условия

2.2. Климатические условия формирования увлажненности

2.3. Гидрометеорологическая изученность и хозяйственная деятельность на озере Чад и в его бассейне

2.3.1. Гидрометеорологическая изученность территории

2.3.2. Хозяйственная деятельность

3. Водный баланс и формирование уровней озера Чад

3.1. Водный баланс

3.1.1. Общие сведения о водном балансе и его значение для озер

3.1.2. История исследования водного баланса озера Чад

3.1.3. Уравнение водного баланса озера Чад

3.2. Определение составляющих водного баланса.

3.2.1. Приток воды в озеро с его бассейна

3.2.2. Атмосферные осадки

3.2.3. Испарение с поверхности озера Чад

3.3. Проверка точности определения водного баланса.

3.4. Уровенный режим озера.

3.4.1. История исследования колебаний уровня озера Чад

3.4.2. Формирование уровней озера Чад.

4. Закономерности колебаний уровня воды и составляющих водного баланса озера Чад

4.1. Обоснование применения статистических методов для оценки закономерностей колебаний процессов, формирующих уровенный режим озера.

4.2. Анализ режима притока в озера.

4.2.1. Многолетние колебания суммарного притока воды по рекам.

4.2.2. Ежемесячные колебания притока воды в озеро.

4.3. Анализ режима осадков, выпадающих на поверхность озера.

4.3.1. Многолетняя изменчивость осадков.

4.3.2. Ежемесячные колебания осадков.

4.4. Анализ режима испарения с поверхности озера.

4.4.1. Многолетние колебания испарения с поверхности озера.

4.4.2. Ежемесячные колебания испарения.

4.5. Особенности колебаний уровней воды озера Чад.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Водный баланс и уровенный режим озера Чад»

Озеро Чад - одно из крупнейших озер мира - расположено в южной части обширной котловины в пределах пустыни Сахара на высоте 280 м над уровнем моря между 12°20' и 14°20' с.ш. и 13°00' и 15°20' в.д. Площадь озера в последнем столетии колеблется от 8 до 22 тыс. км2. Среди крупнейших озер Африки озеро Чад занимает четвертое место после широко известных озер Виктория, Танганьика, Ньяса. Современный бассейн озера Чад имеет площадь более 2 млн. км2 и помимо Сахары захватывает более увлажненные районы Сахели. Однако фактически действующая площадь значительно меньше, т.к. северная часть бассейна расположена в гипераридной климатической зоне, которая практически не имеет поверхностного стока. Поэтому озеро реально получает воду лишь с южной части бассейна, по которой протекают реки Шари, Логоне, Эль-Бейд и др. Площадь их бассейнов превышает 700000 км2. Эти реки берут начало во влажных районах Сахели и достаточно многоводны. Особенно это касается Шари, одной из крупнейших рек Африки.

Озеро Чад, как и большинство бессточных озер - мелкое. Его средняя глубина в современных условиях 3 м, а самая большая - в северо-западной части озера - достигает 11м. Из-за большой изменчивости площади озера не остаются постоянными и глубины. В настоящее время наблюдается прогрессивное сокращение площади и глубин. При этом происходит обсыхание больших территорий, что вызывает миграцию населения в области, где есть орошаемые земли. Современное озеро Чад представляет собой остаток более крупного древнего водоема Мега-Чада, который существовал более 12 тыс. лет назад. Предположительно его площадь превышала 40 тыс. км2. Есть также сведения, что еще раньше (50-60 тыс. лет назад) площадь озера достигала 1 млн. км2/1-5/.

Не имея стока в океан, озеро, тем не менее, практически пресное и лишь в отдельных местах солоноватое. Все это говорит о существовании эпизодического стока воды из озера. Значит, озеро Чад является все же периодически сточным водоемом. Такие аномалии могут быть подтверждены при анализе водного баланса озера.

В бассейне озера Чад расположены преимущественно аграрные африканские государства: Камерун, Нигерия, Нигер, Республика Чад. То есть озеро является интернациональным и имеет большое хозяйственное значение для жизни этих государств.

Наиболее широко озеро используется для рыбохозяйственных целей. Например, в республике Чад и Нигерии рыболовство - важнейшая отрасль народного хозяйства. В Нигерии из озера вылавливают 14 видов рыбы. Одновременно на берегах озера работают рыбоперерабатывающие заводы. Четыре страны, которым принадлежит побережье и акватория озера, создали комиссию бассейна озера Чад. В её рамках, например, организованы подкомиссии рыболовства и создан проект освоения рыбных богатств озера и его притоков.

Этот проект в настоящее время выполняется. Одновременно реализуются планы совместного использования земель, примыкающих к озеру для выращивания ценных сельскохозяйственных культур: хлопчатника, риса и др., т.е. развивается орошаемое земледелие. Отсюда и водные ресурсы озера имеют большое значение.

На озере и реке Шари осуществляется судоходство, которое в условиях отсутствия железных дорог является очень важным для жизни государств, расположенных по берегам озера. Таким образом, озеро, его состояние, водные ресурсы, экосистема имеют большое значение в жизни перечисленных выше государств.

Поэтому изучение озера для целей его рационального использования и охраны имеет важное значение. Однако интерес к озеру проявляется не только как к хозяйственному объекту. Озеро представляет собой очень хороший индикатор изменения климата. Циклические колебания уровня дают представление об изменчивости климата, о его тенденциях, о его состоянии в ретроспективе. Так, многолетнее падение уровня, связанное с возрастанием испарения и уменьшением увлажненности, говорит о потеплении климата. Резкие падения уровня и связанные с ним уменьшения площади зеркала указывают на засухи. Например, понижение уровня в 70-х годах вызвано многолетней засухой, которая охватила Сахель и некоторые другие районы Африки. Подъем уровня в 50-х годах был предопределен обильными дождями в южной части бассейна озера.

Имея очень большой бассейн, озеро Чад очень хорошо отражает именно макро- и глобальные климатические процессы, что сравнимо с таким климатическим индикатором, как озера Каспий или Бонвилл в США. Одновременно с возрастающим притоком воды в озеро по рекам увеличивается и приход твердых частиц с бассейна, что приводит к интенсификации засоления котловины озера и изменениям ее размеров. Резкое аномальное возрастание притока в озеро указывает на изменившиеся условия эрозии. Это может быть связано с хозяйственной деятельностью человека в бассейне. Например, с вырубкой лесов и т.п. Таким образом, озеро также является и «прибором», фиксирующим хозяйственные процессы в бассейне.

Несмотря на большое значение озера в жизни человека и для гидрометеорологической науки, оно изучено недостаточно. На озере действуют несколько гидрометеорологических постов, есть пункты наблюдений за стоком на крупнейших реках, существуют разные международные научные программы, но практически нет обобщающих исследований. Имеются водные балансы, рассчитанные специалистами разных стран, но за короткие интервалы времени (например, по месяцам) таких исследований нет вообще. Поэтому изучение водного баланса, необходимого для всестороннего изучения водных ресурсов, является задачей актуальной, имеет и практическую и научную ценность. Водные ресурсы фиксируются уровнем воды, поэтому изучение уровня как результирующего водного баланса также представляется актуальным. Новизна предлагаемого исследования заключается в том, что впервые используются методы анализа и расчет баланса и уровненного режима, принятые в России, где имеется большой опыт составления балансов для бессточных озер. При этом исследования и расчеты проведены для многолетнего периода, как по годам, так и по месячным интервалам времени. Наряду с географическими обобщениями широко использовался и статистический анализ, основанный на гипотезе случайности гидрометеорологических процессов. Для расчетов привлечены новейшие 7 материалы, присланные специально для выполнения этой работы из гидрометеорологической службы Республики Чад, а также привлечены литературные источники, опубликованные на разных языках и выполненные в разных странах, результаты исследований по международной программе ORSTOM по озеру Чад и др.

В первом разделе приведены сведения о происхождении и эволюции озерной котловины, проанализировано современное состояние озера и его бассейна. Затем рассмотрены природные особенности озерной системы и приведены сведения о хозяйственной деятельности и изученности озера.

Третий раздел посвящен водному балансу озера и расчетам его составляющих за разные временные интервалы и за многолетний период. Здесь же приводятся исследования уровенного режима озера как результирующей водного баланса. При этом уровень рассматривается как основной показатель состояния водоема и как индикатор изменения климата на большой территории.

Четвертый раздел посвящен статистическому анализу составляющих баланса и уровенного режима озера.

На защиту выносятся вопросы водного баланса и уровенного режима озера Чад. Работа выполнена на кафедре гидрологии суши Российского государственного гидрометеорологического университета.

Заключение диссертации по теме «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия», Докубу Жозеф-Рудольф

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена исследованию и установлению закономерностей колебаний и условий формирования уровня воды озера Чад. Рассмотрены многовековые колебания уровня, колебания за период инструментальных наблюдений по годовым интервалам времени, а за последние 25 лет - по месячным. При этом исследованы водные балансы, позволившие выявить эти условия. Таким образом, основное внимание было обращено на современные особенности формирования уровней озера Чад.

Задачи, поставленные в работе, определили структуру диссертации, основные выводы которой сводятся к следующему:

1. Детально исследованы природные условия расположения системы озера Чад, влияющие на формирование уровенного режима этого водоема. Исследованы причины существования такого большого слабосоленого озера на границе гипераридной и аридной зон. Проведен анализ колебаний уровней в историческом прошлом. Озеро представлено как индикатор климатических изменений.

2. На основании имеющихся ограниченных данных гидрометеорологических наблюдений рассчитаны составляющие водного баланса за 1933-1996 гг. по месяцам. Выбор исследуемых рядов определен наличием исходной информации, которая оказалась в нашем распоряжении.

3. Исследована возможность применения методов расчета элементов водного баланса, принятая в России. Однако опять же отсутствие необходимой информации заставило обратиться к расчету испарения по методу Торнтвейта. Целесообразность применения этого способа показана при сравнении с фактическими данными испарения, полученными по программе ORSTOM. Вообще опубликованные результаты некоторых исследователей по этой программе помогли при расчетах и анализе водного баланса.

4. Рассчитанные элементы водного баланса озера позволили определить величины приращений уровней, точность расчета которых проверена при их сравнении с фактическими приращениями. Фактические данные получены по водомерному посту Бол, но, к сожалению, не за весь период наблюдений. Выполнена трансформация этих приращений в уровень озера с учетом деления его на два водоема. Показаны пути воспроизведения хода уровня озера по заданным метеоданным (температура и осадки) и при соответствующем состоянии озера.

5. Установлена структура водного баланса на разных временных отрезках и определены основные его составляющие, оказывающие наибольшее влияние на уровенный режим озера. Сделана также попытка оценить уровень антропогенной деятельности при формировании в первую очередь речного притока. Исследован также водный баланс переувлажненных участков суши в дельтах. Потери в дельтах заметно снижают приток речных вод в озеро.

6. Наряду с многолетним водным балансом, рассчитанным по годовым интервалам времени, рассчитаны водные балансы по месяцам. Однако попытки увязать эти балансы не привели к положительным результатам. Тем не менее, установлены причины изменения структуры месячных рядов составляющих баланса, которые позволили объяснить особенности внутригодовых колебаний уровней озер.

7. Исследованы статистические характеристики уровней воды в озере и составляющих водного баланса, особенности которых объяснены природными условиями. Структура и статистические параметры исследуемых рядов оценены с точностью, которую позволяют получить ряды, имевшиеся в нашем распоряжении.

8. Многие расчеты и полученные выводы получены для озера Чад впервые. Все проведенные расчеты и полученные результаты позволили расширить наши представления о водном режиме этого уникального водоема и поставить целый ряд дополнительных задач, которые будут решены в будущем. К сожалению, не все поставленные задачи удалось решить с достоверными результатами, т.к. мы располагали довольно ограниченным материалом. В нашем распоряжении не было сведений о подземном притоке, о режиме действия периодически пересыхающих рек, точных данных по высшей водной растительности, по динамике дельтовых участков, где

119 формируются дополнительные потери речного стока, не было количественных характеристик, отражающих хозяйственную деятельность человека, мы не располагали полными сведениями по уровенному режиму на ряде постов и т.п. 9. Считаем, что работа в представленном виде должна быть полезной для рационального использования и охраны озера Чад. Работа может стать хорошей основой для дальнейших исследований.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Докубу Жозеф-Рудольф, 2000 год

1. Grove А.Т. Lake Chad//Geographical magazines vol. 37.-№ 7, 1964.

2. Клиге P.K. и др. История Гидросферы.-М.: Научный мир, 1998.-369 с.

3. Дмитриевский А.В., Колесников И.Н. Озера Африки.- ! 84 с.

4. Клиге Р.К. Изменение глобального водообмена.-М.: Наука, 1985. -248 с.

5. Jean-Claude O'Liry, et authes. Hydrologie du lac Tchad ORSTOM edition. Paris, 1996.-350 p.

6. Мировой водный баланс. Водные ресурсы Земли.-Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-40 с.

7. Будыко М.Л., Тимофеев Н.П. О методах определения испарения./Метеорология и гидрология.-1952. №9.-С. 3-9.

8. Зубенок Л.И. Испарение на континентах.-Л.: Гидрометеоиздат, 1976264 с

9. Бабкин В.И., Вуглинский B.C. Водный баланс речных бассейнов .-Л.: Гидрометеоиздат, 1983. -192 с.

10. Келлер Р. Водный баланс суши издательство.-М.: Прогресс, 1965.

11. Vuillanme G Calner ORSTOM//Ser. Hydrology, vol XVIII.-№ 1.-1981.

12. Монин A.C. Введение в теорию климата.-Л.: Гидрометеоиздат, 1979-400 с.

13. Абоссоло Самуэль Эме. Факторы формирования многолетних и межгодовых изменений уровня озера Чад. Автореферат дис. . канд. геогр. наук.: 11.00.09.-СПб, 1997. -16 с.

14. Brunet-Moret. Le4 etude generale les averses exeptionnelles en Afrique occidentale Republic du Chad (1966). OSTROM, service hydrologise, Bonhy.

15. Родье Ж.А. Аспекты гидрологии аридной зоны/'/Грани гидрологии. Под ред. В.К. Роде.-Л.: Гидрометеоиздат, 1982.-С. 255-307.

16. Водный баланс Африки.-М.: Мир, 1980.-200 с.

17. Sociate de leveloppement du lac-Tcad//Direction General a Njamena Tchad.

18. Викулина З.А. Водный баланс озер и водохранилищ Советского Союза-Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-200 с.

19. Самохин А.А., Соловьева Н.Н., Догановский A.M. Практикум по гидрологии суши.-Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-200 с.

20. Викулина З.А. Водный баланс озер и водохранилищ земного шара//Труды ГГИ.-1973.-Вып. 203.-С. 248-301.

21. Голубцов В.В., Морозова О.А. О современном водном балансе Аральского моря//Труды КазНИИГМИ,-1972.-Вып. 44.-С. 87-100.

22. Жиркевич А.Н. Водный баланс озера Балхаш и перспективы его изменения в связи с использованием водных ресурсов Или-Балхашского бассейна//Труды КазНИИГМИ.-1972.-Вып.44.-С. 140-169.

23. Шнитников А.В. Водный баланс крупнейших озер мира//Физико-географический атлас Мира.-М.: ГУГК, 1964.-273 с.

24. Догановский A.M. Водный баланс озера Кучук и его возможные изменения в связи с развитием орошаемого земледелия в бассейне озера/УТруды ЗСРГМИ.-1978.-Вып.37.-С. 111-120.

25. Догановский A.M. Водный баланс озера Кучук и его возможные изменения в связи с хозяйственным использованием водоемаУ/Труды ЛПИ.-1978.-Вып.69.-С. 66-80.

26. Тройская Водный баланс и ожидаемые уровни воды озера Иссык-Куль. Автореферат дис. . канд. геогр. наук.: 11.00.07.-JL, 1983.-16 с.

27. Lussihny P. Dilan hydrologse du lac-Tchad//Sym. Le Garda, 9-15 oct 1966-Grentbrige. Vol 6.-P. 7-16.

28. Дмитриевский A.B. Некоторые аспекты использования водных ресурсов Африки//Изв. АН СССР. Сер. Геогр.-№ 3.-1962.-С. 28-34.

29. Ponyanc В. Contribution Г entrance de levaporation en climate tropical sec Thesisis in preparation Paris.-1983.

30. Rocher J. Evalution de Teconlement annual dam le Sahel tropical Africa/ZHavaux at document de ORSTOM.-46.: ORSTOM.-Paris.-1975.

31. Chonret A. Et all. Le effected la scheme actuellen afrique sum le invoux de lac-Tchad//OSTROM1974. Vol XI.-№ 1 .-P. 35-41.

32. Penman H.L. Evaporation at introductory suvereneth//J. Agric. SCI.-1956-№4.

33. Thortwaite C.W., Mather LP. The Water balance//Arexal Inst. Technol. Publ. -1955. Vol. 8.-№1.-104 p.

34. Turc L. Le Brilan d'eau soc. Relations ente le precipitations, le evaporation et TeconlenmentZ/Ann. inst nat. Rech. Econ. Ser.-1954.-t4-200 p.

35. Тройская Т.П. Фуксова Т.В. О Расчете испарения с акватории озера Иссык-Куль//В сб.: Исследования водного баланса, термического и гидрохимического режима озера Иссык-Куль.-JL: Гидрометеоиздат, 1980.-С. 180-200.

36. Андреянов В.Г. Применения уравнения водного и теплового баланса к исследованию и расчету внутригодового распределения стока//Труды ГГИ.-1960.-Вып. 73.-С. 3-55.

37. Сумарокова В.В., Устименко К.В., Подоль О.В. Аэрокосмические исследования и водный баланс дельты р. Или.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.-160 с.

38. Голубев B.C., Ищенко К.В. Структура и динамика потерь речного стока в низовьях дельты//Метеорология и гидрология, 1995.-№8.-С. 85-93.

39. Ищенко К.В. Изменения потерь стока в дельтах рек аридных областей//Метеорология и гидрология, 1995.~-1999.-C. 12-14.

40. Абоссоло Самуэль Эмо. ВМО. Бюллетень. Том 47.-№ 3.—июль 1998 г.-С. 360-362.

41. Кондратович К.В., Гире А.А. Методы долгосрочных прогнозов погоды-Л.: Гидрометеоиздат, 1978.-200 с.

42. Doganovsky A.M. Climate and lakes//Conf. on climate and water. Helsinki, 1989. Vol. l.-P. 392-401.

43. Левинмапус А.Ю. Уроки оз. Чад//Природа.-1991 .-№ 10.-С. 23-27.

44. Догановский A.M., Палагин Э.Г. Прогноз уровенного режима озер. Метод оптимальной линейной статистической фильтрации//М.: Водные ресурсы-1985.-№ 4.-С. 40 -44.

45. Doganovsky А.М. Evaluation of technices of lake Ladoga level regime to account for natural and anthropogenic factors/'/Proccedings of second international lake Ladoga symposium.-1996.-P. 191-195.

46. Музылев С.В. и др. Стохастические модели в инженерной гидрологии М.: Наука, 1982.-200 с.

47. Понько В.А. Завалишин Н.Н. Фоновая модель уровня оз. Чаны.-Л.: Наука, 1982.-С. 60-67.

48. Рождественский А.В., Ежов А.В., Сахарюк А.В., Оценка точности гидрологических расчетов.-Л.: Гидрометеоиздат, 1990.-277 с.123

49. Shiclomanov I. A. Assessment of water recourses and water availability in the world//SEI, 1977.-200 c.

50. Шнитников A.B., Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности.-JL: Наука, 1969.-249 с.

51. Актуальные проблемы гидрометеорологии озера Балхаш и Прибайкалья.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1995.-270 с.

52. Sokolov A.V. Up-to-date problems Aral sea//Water international Seminar. 2000, Vol25.-№2.

53. Крицкий C.H. и др. Колебания уровня Каспийского моря.-М.: Наука, 1975.-158 с.

54. Малинин В.Н. Проблема прогноза уровня Каспийского моря-СПб.: Наука, 1994.-160 с.