УДК 556.55.3/.4(282.247.32+282.247.318)
Баланс воды, тепла и растворенных веществ Днепровско-Бугского лимана
Р. Я. Миньковская*
По данным многолетних наблюдений (с 1965 по 2011 г.) выполнена оценка баланса воды, тепла и веществ Днепровско-Бугского лимана для решения практических задач, связанных с рациональным использованием водных ресурсов этого устьевого района.
Введение
Универсальным методом океанографических исследованиий является решение балансовых уравнений, позволяющее получить соотношения между приходом, расходом и изменением объема воды, количества тепла и веществ в водном объекте. Водный баланс крупнейшего лимана Украины — Днепровско-Бугского, являющегося замыкающим звеном бассейнов рек Днепр и Южный Буг, рассчитан по 1986 г. [13], баланс солей — по 1980 г. [6], тепла — по 1993 г. [10]. Остальные виды баланса не определялись; рассчитывался в основном вынос веществ с речным стоком. Имеющиеся сведения о балансе воды, веществ и тепла Днепровско-Бугского лимана не отражают его современного состояния, не позволяют увидеть взаимосвязь абиотических составляющих экосистемы лимана и выполнить их количественную увязку. Поэтому представляло интерес оценить баланс воды, наносов, тепла, солей, биогенных и загрязняющих веществ для исследования современного состояния Днепровско-Бугского лимана.
Материалы и методики
В основу оценки положены материалы наблюдений Николаевского центра по гидрометеорологии, морской гидрометеостанции Очаков, Каховской и Первомайской гидрометобсерваторий Гидрометеослужбы Украины (с 1965 по 2011 г.) и данные наблюдений в морском устье рек Днепр и Южный Буг, подготовленные в рамках Государственного водного кадастра в Морском отделении Украинского научно-исследовательского гидрометеорологического института (МО УкрНИГМИ) [4].
Для расчета средних многолетних значений составляющих баланса (воды, тепла, наносов, биогенных и загрязняющих веществ) использованы стандартные методики, изложенные в [2, 3, 5, 10, 11, 14]. Осадки рассчи-
* Морской гидрофизический институт Национальной академии наук Украины; e-mail: rosamarija@ mail.ru
тывались как средние арифметические по данным метеостанций Николаев, Херсон и Очаков. Испарение с водной поверхности определялось по методике, изложенной в [3], с использованием данных стационарных и экспедиционных наблюдений в морском устье рек и данных испарителя в г. Херсон. Составляющие водообмена между Днепровско-Бугским лиманом и морем рассчитывались по данным 818 специальных и рейдовых наблюдений в Кинбурнском проливе, выполненных по методике, рекомендованной в [3].
Баланс наносов получен в соответствии с рекомендациями, изложенными в [5, 11, 13]. Баланс тепла впервые оценен автором в работе [10], где подробно излагаются методики оценки всех его составляющих, поэтому в данной статье приводятся лишь его уточненные значения за современный период. Для расчета средних многолетних значений составляющих обмена теплом, солями, биогенными и загрязняющими веществами через Кинбурн-ский пролив, соединяющий Днепровско-Бугский лиман с прилегающей северо-западной частью Черного моря, использовался метод, рекомендованный в [14], с учетом полученных автором данных о стратификации воды в лимане и расположении слоя скачка плотности, солености и температуры [9]. Их значения рассчитаны путем умножения средней температуры (солености, концентрации веществ) верхнего слоя воды в лимане, перемещающейся к морю, или придонного слоя воды прилегающей северо-западной части Черного моря, перемещающейся в лиман, на прямой или обратный расход воды в проли ве. Из-за не одно род нос ти рас преде ле ния ин греди ен-тов в лимане их средние значения определяли по слоям и для всего лимана как средние взвешенные. Поэтому полученные результаты отличаются от приведенных в работе [9]. При расчете средних многолетних значений выноса растворенных веществ р. Днепр их средняя концентрация у нижней границы дельты определялась как средняя арифметическая, а сток реки учитывался по створу у Каховской ГЭС.
Приводимые оценки средних многолетних значений основных балансовых составляющих являются приближенными, так как учитывались только наиболее значимые из них.
Результаты и обсуждение
Баланс воды. Некоторые оценки годового водного баланса Днепров-ско-Бугского лимана приведены в табл. 1. В таблице представлены также предшествующие результаты, полученные за разные периоды и разными методами и проанализированные в работе [9]. Если количество осадков, указанное в табл. 1, различается несущественно, величины испарения и стока — в 1,3 раза (так как базируются на данных стационарных наблюдений), то значения прямого потока — в 1,6, а обратного — в 4,3 раза. Следовательно, наибольшую сложность при оценке баланса представляет расчет водообмена через Кинбурнский пролив.
Пред ложен ное в дан ной статье опре де ле ние водо обме на ли ма на с морем в отличие от предшествующих работ [1, 6—8, 12, 13] базируется на данных непосредственных натурных наблюдений в проливе, поэтому полученный результат является более достоверным.
Таблица 1
Средний годовой баланс воды Днепровско-Бугского лимана
Приходная часть, км3 Расходная часть, км? Период наблюдений, источник
сток рек осадки обратный поток прямой поток испарение
55,1 0,36 10,7 65,5 0,70 1892—1927 гг. [7]
55,7 0,32 46,5 97,4 0,87 1920—1960 гг. [12]
59,1 0,32 45,4 104 0,87 1945—1960 гг. [8]
55,0 0,34 26,0 79,0 0,66 1948—1960 гг., 1970 г. [1]
45,1 0,32 10,1 54,3 0,84 1955—1980 гг. [6]
46,0 0,37 40,7 86,3 0,80 1956—1986 гг. [13]
45,8 0,34 13,6 59,0 0,84 1965—2011 гг.,
настоящая работа
Средний многолетний баланс воды (км3) определялся по уравнению
±Дб = бос + брек + бобр - бпр - бис, (1)
где ±Дб — невязка баланса воды; бос — количество осадков; брек — суммарный сток рек Днепр, Южный Буг, Ингул и Ингулец; бобр — поступление морских вод через Кинбурнский пролив; бпр — объем прямого потока из лимана в море; бис — величина испарения с водной поверхности.
При суммарном стоке рек, равном 45,8 км3, и потерях при водообмене с атмосферой в объеме 0,50 км3 (величина осадков составляла 0,34, а испарения — 0,84 км3) в лиман через пролив в среднем за год поступает 13,6 км3, а из лимана в открытую часть устьевого взморья — 59,0 км3. Невязка баланса (-0,1 км3), равная 3% среднего объема лимана, обусловлена недоу че том скло но во го сто ка, при то ка под зем ных и сточ ных вод и погрешностями расчета. Рассчитанные значения водного баланса хорошо согласуются с данными авторов работ [6, 7], использовавших для определения значений водообмена другой подход — решение уравнений водного и соле во го ба ланса (табл. 1).
Срав не ние ре зультатов расче та со вре мен но го водо обме на с дан ны ми [7], полученными Е. М. Копайгородским для периода естественного стока рек, а также с его прогнозом водообмена после сооружения днепровских водохранилищ, свидетельствует о достоверности результатов, так как очевидно, что уменьшение годового стока рек, обусловленное его зарегулированием и безвозвратными изъятиями, снижение ветровой активности [3], повышение уровня Черного моря [3] привели к некоторому уменьшению прямого и увеличению обратного потока через Кинбурнский пролив [9].
Полу чен ные значе ния со став ля ю щих ба лан са воды положе ны в осно ву расче тов ба лан са на но сов, теп ла, солей, би о ген ных и за гряз няю щих веществ.
Баланс наносов. Баланс наносов рассчитывался по упрощенной формуле из-за недостатка данных наблюдений и надежных методов оценок его составляющих. Уравнение среднего за многолетний период баланса наносов (млн. т/год) имеет вид
±ДМ = Мрек + Мбок + Мобр + Млим - Мпр - Мак, (2)
где ±ДМ — невязка баланса наносов; Мрек — сток наносов; Мбок — боковая приточность (по овражно-балочной сети); Мобр — поступление наносов в лиман с обратным потоком через Кинбурнский пролив; Млим — объем образующихся в лимане наносов; Мпр — вынос наносов из лимана в море с прямым потоком; Мак — аккумуляция наносов в лимане.
Оцен ка по ступ ления в Днеп ров ско-Буг ский ли ман ал лохтон но го ве щест-ва выполнялась по данным Государственного водного кадастра [4] и водообмену между лиманом и морем по методике работы [9], автохтонного — по аналогии с Каховским водохранилищем в соответствии с данными, приведенными в работе [5]. При этом принималось, что средний годовой сброс фитопланктона из Каховского водохранилища в лиман составлял 1,4% автохтонных запасов водохранилища, фитопланктон и водная растительность лимана поставляла 2% его автохтонного материала, а площади размы ва вер хне го де ся ти сан ти мет ро во го слоя дна ли ма на опре де ля лись между изобатами 2—4 м аналогично размываемым площадям дна Каховского водохранилища [5]. Поступление наносов в результате разрушения и размыва берегов оценивалось ориентировочно в соответствии с их районированием [9] и данными работы [5] по Каховскому водохранилищу.
Основной приходной составляющей баланса наносов является их поступление при разрушении и размыве берегов, островов, дна и образование твердого вещества в Днепровско-Бугском лимане (из-за органической со став ляю щей). Прибли жен но вес автохтон но го мате ри ала со став ляет 3,90 млн. т/год. С речным стоком его поступает 1,03 млн. т/год, а по овражно-балочной сети — около 0,02 млн. т/год. Твердые частицы также попадают на поверхность воды в период пыльных бурь, которые бывают почти ежегодно [9]. При водообмене Днепровско-Бугского лимана с прилегающей частью взморья в лиман с обратным потоком поступает 0,12 млн. т/год на но сов.
Наибольшая расходная составляющая баланса наносов — их отложение в лимане — составляет 4,70 млн. т/год. Из лимана в прилегающую часть моря с прямым потоком выносится 0,34 млн. т/год наносов.
Невязка баланса наносов (0,03 млн. т/год) близка к содержанию взвешенных наносов в воде Днепровско-Бугского лимана и составляет около 1% приходно-расходной части баланса.
Учесть такие составляющие баланса наносов, как эоловый перенос, смыв с берега, хемогенную сорбцию — десорбцию, а также антропогенную со став ляю щую (сбро сы сточ ных вод, расчис тка судоход н
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.