ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 1, с. 33-40
ВОДНЫЕ РУСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.555.2 (285.2)
МНОГОЛЕТНИЕ И СЕЗОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА И ИХ РОЛЬ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ЕГО
ЭКОСИСТЕМЫ1
© 2007 г. А. С. Литвинов, В. Ф. Рощупко
Институт биологии внутренних вод Российской академии наук 152742 пос. Борок Некоузского р-на Ярославской обл. Поступила в редакцию 15.12.2005 г.
Выполнен анализ сезонной и многолетней изменчивости уровенного режима Рыбинского водохранилища за период его эксплуатации. Показаны изменения в режиме уровня в различные фазы водности и приведены данные о среднемесячных и экстремальных его значениях, интенсивности наполнения и сработки водохранилища. Рассмотрено влияние уровенного режима на функционирование отдельных элементов экосистемы водохранилища. Дана оценка изменения экологической ситуации в водохранилище при снижении отметки нормального подпорного уровня на 1 м.
Наполнение Рыбинского водохранилища началось осенью 1941 г., когда был введен в действие первый агрегат Рыбинской ГЭС. В 1946 г. была закончена подготовка водохранилища к наполнению до проектной отметки, которая была достигнута в мае 1947 г. [10]. Период нормальной эксплуатации водохранилища к настоящему времени составляет 58 лет, что позволяет проанализировать сезонные и многолетние изменения уровенного режима с целью выработки мероприятий для повышения эффективности использования его водных ресурсов.
Полезный объем Рыбинского водохранилища составляет ~0.4 среднего объема притока за многолетие. Он позволяет осуществлять многолетнее, сезонное, недельное и суточное регулирование в интересах различных водопользователей а также обеспечение безопасности гидротехнических сооружений. В годы с высоким половодьем его полезная емкость позволяет "срезать" максимальные расходы (табл. 1). В период летне - осенней межени водные ресурсы водохранилища обеспечивают навигационные попуски в нижний бъеф и выполнение диспетчерского графика, соответствующего колебаниям нагрузки энергосистемы. Перед установлением ледостава по возможности не допускается повышение уровня воды в целях предотвращения захода рыбы на зимовку в осушенные летом мелководья. В зимний период водные ресурсы Рыбинского водохранилища используются в интересах энергосистемы, обеспечивая, в зависимости от ожидаемого объема притока, регламентирующие уровни к началу половодья.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 04-05-64954).
В основе работы материалы регулярных наблюдений Рыбинской гидрометеообсерватории [6, 7, 9] и данные экологических исследований Института биологии внутренних вод РАН [16, 17, 18].
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изменения уровня водохранилища зависят от колебаний стока в его бассейне и режима эксплуатации водных ресурсов. В период нормальной эксплуатации водохранилища в его бассейне отмечались две много- (1947-1962, 1978-1995 гг.) и две маловодные (1963-1977 гг., с 1996 г. по настоящее время) фазы водности (табл. 2, рис. 1) [12]. Из при-
Рис. 1. Многолетние изменения притока в Рыбинском водохранилище, км3. 1 - суммарный годовой приток; 2 - интегральная кривая притока (последовательная сумма отклонений от среднего).
Таблица 1. Основные характеристики Рыбинского водохранилища (НПУ - нормальный подпорный уровень, УНС - нормально предполоводная сработка, УМО - уровень мертвого объема)
Показатель Единица измерения Значение показателя
Годовой сток
среднемноголетний (1947-2004 гг.) 3 км3 32.7
многоводный (самый многоводный за период существования водохранилища 1990 г.) 3 км3 53.4
маловодный (самый маловодный за период существования водохранилища 1972 г.) 3 км3 16.2
Характерные уровни*
НПУ м 101.81
УНС при прогнозе многоводных и средних половодий м 97.81
УНС при прогнозе маловодных половодий м 98.81-99.81
УМО, допустимый в зимний период м 96.91
максимальный проектный при пропуске половодий (вероятность превышения 0.01%) м 103.81
уровень форсированного горизонта (вероятность превышения 1%) м 102.41
Площадь зеркала при
НПУ 2 км2 4550
УНС 2 км2 2703
Полная статическая емкость при
НПУ 3 км3 25.42
УНС 3 км3 11.0
Полезная емкость между
НПУ и УНС 3 км3 14.42
НПУ и УМО 3 км3 16.67
* - все уровни Рыбинского водохранилища даны в Балтийской системе (БС).
веденных данных видно, что разница в объемах поступления воды в водохранилище между многоводной и маловодной фазами в среднем составляла 10 км3, что выразилось в различии среднемного-летних уровней на 0.55 и 0.36 м соответственно. Более низкий уровень во вторую многоводную фазу в последние 12 лет, очевидно, связан с директив-
Таблица 2. Основные характеристики водного баланса Рыбинского водохранилища
Годы Приток Осадки Сток Испарение Средний уровень, м
км 3
1947-2004 32.7 2.24 31.27 1.93 100.08
1947-1962 36.4 2.05 34.66 2.24 100.28
1963-1977 26.6 2.11 25.71 2.05 99.72
1978-1995 35.9 2.53 33.91 1.78 100.18
1996-2004 29.8 2.28 29.2 1.46 100.09
но принятым решением о наполнении Рыбинского водохранилища не выше отметки 101.5 м БС.
В годовом цикле изменения уровня четко выделяются три характерных периода: весенний (наполнения), летне-осенний (относительно постоянного уровня или небольшой сработки) и зимний (сработки). Кривые внутригодового хода среднемесячных уровней в различные по водности фазы имеют однотипный характер (рис. 2). Минимальный уровень в марте; его подъем в апреле до максимального значения в июне; постепенное понижение с июля: и наиболее интенсивное снижение уровня с декабря (период зимней сработки). В то же время в отдельные многоводные годы (1957, 1986, 1989, 1990 гг.) в течение сентября-ноября отмечался второй подъем уровня за счет дождевых паводков в бассейне. Наиболее отчетливо это проявилось в самом многоводном за период существования водохранилища 1990 г., когда осенний подъем уровня превысил отметку весеннего наполнения (рис. 2). Наибольших различий отметки уровня достигают в октябре-декабре. В эти месяцы 1947-1962 гг. уровни многоводной
Месяц
Рис. 2. Сезонный ход уровня Рыбинского водохранилища. 1 -1990 г., 2 - весь период наблюдений (19472004 гг.), 3 - многоводная фаза (1947-1962 гг.), 4 - маловодная (1963-1977 гг.).
фазы на 1.05-1.2 м превышали таковые в маловодную. В многоводную фазу 1978-1995 гг. это превышение составило всего 0.5-0.7 м.
Характер колебания уровня в одни и те же сезоны не однозначен. Анализ сезонных изменений уровня за различные годы позволил Н.В. Буторину [3] выделить четыре основных типа его колебаний. При этом первый и второй типы внутригодовых колебаний, а в отдельных случаях и четвертый, в большей степени характерны для многоводных фаз, а третий для маловодных.
Максимальная амплитуда изменения среднемесячных уровней за многолетний период наблюдалась в апреле (многоводная фаза) и составляла 4.61 м, минимальная в июне-июле (1.3-1.7 м) (рис. 3). В октябре-ноябре она вновь увеличивалась до 3.7-3.9 м. В маловодные фазы наибольшая разница среднемесячных межгодовых колебаний уровня наблюдалась в январе и декабре (2.9-2.7 м), тогда как в апреле она составляла 2.2-2.7 м.
Средняя дата начала весеннего повышения уровня Рыбинского водохранилища по многолетним данным (1947-2004 гг.) - 1 апреля, наиболее ранняя - 12 февраля (1989 г), более поздняя - 17 апреля (1955, 1956, 1958, 1965 и 1998 гг.) (табл. 3). Средняя дата окончания весеннего наполнения -28 мая, более ранняя - 16 апреля (1990 г.), более поздняя - 5 июля (1976 г.). За многолетие среднесуточный уровень наполнения водохранилища составил 101.54 м (при нормальном подпорном уровне 101.81 м). В период наполнения его повышение в среднем равнялось 3.3 , минимальное - 1.53 (1996 г.), максимальное - 5.27 м (1955 г.). Продолжительность наполнения водохранилища, отметка максимального уровня и интенсивность его повышения
м
Месяц
Рис. 3. Амплитуда среднемесячных уровней Рыбинского водохранилища. 1 - 1947-2004 гг., 2 - 19471962, 3 - 1963-1977, 4 - 1978-1995, 5 - 1996-2004 гг.
определяются климатическими условиями в бассейне (величиной снегозапаса к началу половодья и температурой воздуха в весенний период). В многоводном 1955 г., когда приток воды в водохранилище за апрель-май достигал 29.7 км3, продолжительность наполнения составила 33 дня при средней интенсивности повышения 16 см/сут. На 12-е сутки после начала половодья интенсивность повышения уровня достигла 43 см/сут. Столь высокий прирост уровня длился всего несколько дней и впоследствии снизился до 2-3 см/сут. За период существования водохранилища средняя продолжительность наполнения составила 58 сут, при интенсивности 6.0 см/сут (табл. 3). В маловодные годы (1972 г.) или в годы с растянутым половодьем (1989 г.) подъем уровня в среднем составлял 2.6-2.8 см/сут. Максимальной отметки 102.33 и 102.38 м среднесуточный уровень водохранилища достигал в многоводные 1955 и 1966 гг. При этом объем весеннего половодья составлял 34.2 и 29.2 км3 при наибольшем притоке 16400 и 11500 м3/с соответственно. В эти годы проводились сбросы воды через водосливную плотину Рыбинского гидроузла. Объемы сбросов составляли 1.147 и 1.325 км3, а продолжительность открытия двух затворов плотины - 7 и 14 сут [8.10]. В 1955 г. среднесуточный уровень водохранилища превышал отметку 102 м в течение 60 сут (с 12^ по 11.УП), в 1966 -50 сут (29.IV-16.VI). Минимальный среднесуточный уровень весеннего наполнения - 99.75 м отмечался в маловодном 1996 г.
Колебания уровня Рыбинского водохранилища, в связи с его мелководностью, приводят к значительным изменениям площади и объема. При мак-
Таблица 3. Характеристики весеннего наполнения Рыбинского водохранилища (приведены среднесуточные уровни)
Годы Начало наполнения Конец наполнения Повышение уровня, м Продолжительность наполнения, сут Средняя интенсивность наполнения, см/сут Максимальная площадь водохранилища, км2 Приток за 3 год, км3
дата уровень, м дата уровень, м
1947 03.04 96.66 06.06 101.74 5.08 65 7.8 4515 36.4
1948 04.04 98.18 06.06 101.47 3.29 64 5.1 4380 27.0
1949 03.04 99.46 29.05 101.87 2.41 57 4.2 4583 27.8
1950 04.04 98.32 03.06 101.34 3.02 61 5
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.