ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 2, с. 141-149
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 556.535.5(470.1/25)
ОСОБЕННОСТИ ЛЕДОВОГО РЕЖИМА РЕК БАССЕЙНА
СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ1
© 2007 г. С. А. Агафонова, Н. Л. Фролова
Московский государственный университет 119992 Москва, Ленинские горы Поступила в редакцию 16.02.2006 г.
Проанализированы изменения характеристик ледового режима рек бассейна Северной Двины за последние 125 лет. Для низовьев Северной Двины оценены возможные изменения дат появления плавучего льда и вскрытия реки в зависимости от ожидаемых изменений температуры воздуха и водности. Особое внимание уделено факторам, влияющим на образование заторов льда, их пространственной и временной изменчивости. Приведен пример прогностической зависимости максимального заторного уровня р. Сухоны у г. Великий Устюг.
Активное вовлечение в хозяйственную сферу ресурсов речных бассейнов сопровождается комплексом негативных последствий, обусловливающих опасное изменение экстремальных расходов воды, направленности и интенсивности русловых деформаций, качества воды, состояния водных экосистем, условий хозяйственной деятельности населения. Для рек бассейна Северной Двины кризисные экологические ситуации возникают в период разливов речных вод во время половодья и формирования заторов льда. Поэтому изучение различных фаз ледового режима рек (замерзание, ледостав и вскрытие), непосредственным образом влияющих на особенности весеннего половодья и образование заторов льда, является важной научной и практической задачей. Рассмотрение этих вопросов и является целью данной статьи.
Стационарные наблюдения за ледовыми явлениями на реках бассейна Северной Двины начались одновременно с изучением уровенного режима. Наиболее ранние из них относятся к 1876-1885 гг. (на реках Северной Двине, Сухоне, Вычегде). Эти многолетние данные позволяют дать подробную оценку пространственной и временной изменчивости характеристик ледового режима.
ФАЗЫ ЛЕДОВОГО РЕЖИМА РЕК БАССЕЙНА СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ
Реки бассейна Северной Двины характеризуются устойчивым ледоставом. Исключения составляют отдельные участки порожистых и карстовых водотоков, а также некоторых рек, вытекающих из озер. Здесь ледостав неустойчив, а иногда и вовсе отсутствует [9].
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 06-05-64099).
Характеристики ледового режима рек определяются, в первую очередь, климатическими факторами, но также зависят от морфологических и гидравлических особенностей русла и потока. Так, для малых рек (Тиксны, Емы, Енанги) процесс замерзания происходит путем смерзания заберегов при незначительной толщине льда. Для средних рек (Вычегды) характерно образование заберегов и льдин, ледоход. Ледяной покров по длине реки формируется при образовании перемычек в местах снижения ледопропускной способности потока. Для больших и средних рек (Северной Двины), особенно в годы с повышенной водностью и неустойчивыми погодными условиями, замерзание сопровождается образованием шуги и движением ее вниз по течению. На участках с повышенными уклонами образуются зажоры. Выше мест их возникновения вода выходит на лед, образуя слуд или наледи. Однако такие подъемы уровня непродолжительны и на большинстве рек, за редким исключением, составляют 100 см. Например, средний зажорный подъем уровня воды у д. Медведки (р. Северная Двина) составляет 140, а у г. Сыктывкар (р. Вычегда) - 120 см.
Установление ледостава на больших реках отличается некоторыми особенностями. На Северной Двине он наступает сначала в низовьях (раньше, чем на других участках в среднем на 8-10 дней). Благодаря нарастанию континентальности климата по направлению к верховьям р. Вычегды, ее низовья замерзают позднее, чем верховья. Разница в сроках установления ледостава по длине р. Сухоны связана с различием в уклонах водной поверхности. Для ее участка в районе с. Усть-Пи-неги более ранние сроки замерзания связаны с впадением холодных вод р. Пинеги, а для средней Сухоны сроки замерзания определяются наличием перекатов.
Средняя продолжительность периода ледостава на реках бассейна Северной Двины колеблется от 144 до 185 дней. На порожистых участках р. Сухоны - 144-150 дней, на северо-востоке бассейна до 185 дней.
Весенние процессы вскрытия на реках начинаются с таяния снега на льду. Под напором прибывающей с водосбора талой воды в ледяном покрове появляются трещины и закраины; отдельные ледяные поля всплывают; начинаются подвижки льда, переходящие в ледоход; нередки заторы льда. Таким образом, процесс вскрытия определяют как тепловые, так и механические факторы.
На Северной Двине прежде всего вскрываются участки ниже впадения рек Сухоны, Юга (г. Великий Устюг) и Ваги (д. Березник). Вскрытие рек Сухоны и Вычегды происходит очень дружно - в среднем в течение трех дней. Для Северной Двины продолжительность этого периода составляет в разные годы от 8 до 25 дней. В исключительных случаях вскрытие реки может произойти в течение двух дней. Таким образом, процесс вскрытия Северной Двины определяется характером вскрытия притоков, т.е. энергией волны половодья.
Процесс вскрытия в устьевой области Северной Двины имеет ряд особенностей. Вскрытие и ледоход в рукавах дельты начинаются в их истоках, одновременно с вскрытием реки у г. Архангельска. Первым вскрывается судоходный рукав Маймакса, где лед взламывается ледоколами. Вскрытие рукавов нередко сопровождается заторами льда. Естественный процесс нарушается искусственным разрушением льда, сбросом теплых вод ТЭЦ и сточных вод промышленных предприятий, загрязнением поверхности льда. Благодаря влиянию города ледоход в районе г. Архангельска в последние годы начинается на несколько дней раньше прежних сроков [8].
Раньше других вскрываются озерные и карстовые реки. Например, р. Емца у с. Сельцо весной очищается ото льда, как правило, без ледохода (лед тает на месте) в среднем на 10-15 дней раньше, чем ближайшие некарстовые реки. На отдельных участках карстовые реки вообще не замерзают.
По характеру ледового режима бассейн Северной Двины можно разделить на три крупных района: восточный - бассейн р. Вычегды; южный - бассейн рек Сухоны и Юга; центральный - Северная Двина и ее притоки в среднем и нижнем течении.
Восточный район. Общее направление движения воды в бассейне р. Вычегды с северо-востока на юго-запад. Замерзание бассейна сопровождается образованием шуги, густыми шугохо-дами и зажорами (для большинства постов в 100% случаев). Благодаря субширотному течению р. Вычегды продолжительность осеннего ледохода по длине реки почти не изменяется. Вскрытие
происходит очень дружно - река вскрывается в среднем в течение трех дней. Заторы наблюдаются в районе крайне редко. Расположение района в восточной части бассейна определяет его континентальные климатические условия, что сказывается на продолжительности периода с ледовыми явлениями (до 220 дней).
Южный район. Бассейн р. Сухоны отличает широтное направление течения (с запада на восток). Ледовые явления начинаются 30 октября -5 ноября. Особые условия формирования ледовых явлений характерны для р. Сухоны, вытекающей из Кубенского озера, а также для порожистых участков в ее среднем течение. Продолжительность осеннего ледохода (шугохода) на р. Сухоне увеличивается до 50-60 дней. Вскрытие происходит практически одновременно по всей длине реки (в среднем в течение трех дней). Продолжительность ледостава составляет 144-150 дней.
Центральный район. Для этой части бассейна характерно общее направление течения с юга на север. Ледовые явления начинаются 20-25 октября в северной части района и 26-30 октября - в остальной части. Устьевая область Северной Двины замерзает как со стороны взморья и мелководных рукавов дельты, так и со стороны реки. Основным действующим фактором процесса вскрытия является энергия волны половодья главной реки и притоков; вскрытие сопровождается заторами льда на поворотах и сужениях русла. На ледовый режим некоторых рек района (Емцы, Шелексы) оказывает влияние карст. Карстовые реки вскрываются на 10-15 дней раньше, а на некоторых участках не замерзают весь холодный период.
ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДОВОГО РЕЖИМА
Для оценки изменения ледового режима рек бассейна Северной Двины за 1881-1988 гг. анализировались карты (рис. 1, 2) средних дат начала ледостава и вскрытия, рассчитанных для 18811937 гг. по [2] и 1938-1988 гг. - составленные авторами.
Замерзание рек бассейна Северной Двины начинается на севере и востоке 1-10 ноября, в центральной части бассейна - 10-15 ноября, 15-28 ноября замерзают реки южной части, в том числе среднее порожистое течение р. Сухоны. За 18811988 гг. ситуация в бассейне, за исключением бассейна р. Вычегды, изменилась мало. Для восточной же части бассейна следует отметить более ранние (на 2-3 дня по сравнению с нормой) сроки замерзания (рис. 2).
Вскрытие рек бассейна начинается на юго-западе. Сначала, в среднем 20 апреля, вскрываются порожистые участки р. Сухоны, реки бассейна
Рис. 1. Даты начала ледостава на реках бассейна р. Северная Двина за 1881-1938 по [2] (а) и 1938-1988 гг. (б). 1 - до 10, 2 - с 10 до 15, 3 - после 15 ноября.
Рис. 2. Даты вскрытия рек бассейна р. Северная Двина за 1881-1938 по [2] (а) и 1938-1988 гг. (б). 1 - до 20, 2 - с 20 до 25, 3 - с 25 до 30, 4 - после 30 апреля.
Юг, Вага, оставшаяся часть Сухоны вскрывается 20-25 апреля, Северная Двина и нижнее течение р. Вычегды - 25-30 апреля. Процесс вскрытия заканчивается на северо-востоке 30 апреля - 4 мая. За более чем столетний период (1881-1988 гг.) ситуация практически не изменилась (рис. 2).
Имеющиеся ряды наблюдений за характеристиками ледового режима продолжительностью >100 лет позволили более детально исследовать характер временной изменчивости ледовых явлений для рек бассейна Северной Двины.
В последние десятилетия XX в. резко возрос интерес к оценкам изменений климата и их возможных последствий. Как известно, за последнее столетие глобальная температура воздуха у поверхности Земли выросла на 0.6 ± 0.2°С. Для севера Европейской территории России рост среднегодовой температуры воздуха за этот пе
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.