научная статья по теме РАЙОНИРОВАНИЕ МОРСКИХ УСТЬЕВ РЕК ПО ИЗМЕНЧИВОСТИ СОЛЕНОСТИ ВОДЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «РАЙОНИРОВАНИЕ МОРСКИХ УСТЬЕВ РЕК ПО ИЗМЕНЧИВОСТИ СОЛЕНОСТИ ВОДЫ»

УДК 556.541(084.3-36)

Районирование морских устьев рек по изменчивости солености воды

Р. Я. Миньковская*

Рассматривается возможность использования солености воды и ее коэффициента вариации в качестве критериев для выделения границ морских устьев рек и их районирования. Для исследования использовали данные многолетних наблюдений за изменением морских устьев рек Северного Причерноморья —Дунай, Днепр, Южный Буг, Черная и Бельбек.

Ключевые слова: морские устья рек Северного Причерноморья, соленость воды, ее коэффициент вариации, определение границ, районирование.

1. Введение

Проблема определения границ и районирования морских устьев рек существовала всегда. Единого мнения по этому вопросу в международном научном сообществе нет из-за сложности выбора критериев, по которым можно достоверно определить область распространения устьевых процессов. Неопределенность внешних границ этих водных объектов не позволяет установить размеры устьев, осуществить их идентификацию в географической классификации, выделить устьевую область реки как таксономическую природно-географическую единицу и выполнить в ее пределах объективное физико-географическое районирование.

Использование в качестве критериев для определения устьевых границ геоморфологических характеристик [13], створов, ограничивающих распространение устьевых процессов, и изогалины, "равной приблизительно 90% солености воды сопредельной части моря" [11], при расходах и уровнях воды заданной обеспеченности не всегда эффективно. Такие критерии не являются универсальными для морских устьев рек всех типов, так как не учитывают особенности геоморфологии устьевых взморьев, взаимодействия и смешения морских и речных вод в открытых и закрытых, отмелых и приглубых приемных водоемах, проникновения галоклина в устьевые водоемы и водотоки, а также роль распределения стока в рукавах при наличии дельт. Например, при одном и том же речном стоке процессы распреснения на устьевом взморье зависят от типа устья, что отражается на положении критериальной изогалины и делает неинформативным выбранный критерий. Кроме того, принимая за критерий сток рек заданной обеспеченности, нужно располагать большим массивом данных натурных наблюдений, из которого можно сделать статистически обоснованную выборку результатов гидрологических съемок акватории при расходе воды заданной обеспеченности (например, 10%), с учетом времени добегания

*Морской гидрофизический институт; e-mail: rosamariya@mail.ru.

стока до устьевого взморья, исключив влияние на распределение солености других факторов (ветра, сгонно-нагонных и сейшевых явлений).

В работах [1, 4] морские границы устьев рек Причерноморья рекомендовано устанавливать по изогалинам 17 и 17,8%о. Однако по предложенному критерию не удалось разграничить устья больших рек северо-западной части Черного моря [1]; дифференцировать области распреснения моря реками Грузии и Турции и обильными осадками, выпадающими на морскую акваторию; в приустьевые районы по этому критерию включена акватория, прилегающая к Керченскому проливу и не являющаяся устьевым взморьем [1]; не удалось точно ограничить устьевое взморье рек Днепр и Южный Буг [4] по изогалине 17,8%, что потребовало введения другого значения критериальной изогалины для ограничения этого устьевого комплекса.

Следовательно, определение внешних границ морских устьев рек до сих пор является актуальной научной и практической задачей, отсутствует обоснованная методология их выделения, выбранные критерии недостаточно аргументированы. Поэтому целью работы являлся поиск наиболее достоверного критерия для определения границ и районирования морских устьев рек по гидрофизическим, гидрохимическим и гидробиологическим характеристикам.

2. Материалы и методики

Предметом исследования являлись разнотипные морские устья рек Северного Причерноморья, существенно различающиеся по стоку устьеобразующих рек (км3): дельтовое устье р. Дунай (211), лиманно-дельтовый устьевой комплекс рек Днепр, Южный Буг, Ингул, Ингулец, Березань и Сосик (45,3), простое устье р. Бельбек (0,062) и лиманно-бухтовое устье р. Черная (0,058). В качестве информационной базы использованы материалы многолетних (1976—2012 гг.) наблюдений в этих устьях, полученные специалистами разных организаций в рамках Государственного водного кадастра (ГВК). Методы отбора и анализа проб на соленость, методы измерения и определения других абиотических компонентов среды стандартизированы и изложены в изданиях ГВК. В устьевых водотоках точность определения солености воды была низкой, в основном измеряли их минерализацию и хлорность, которые затем пересчитывали в соленость по формулам, приведенным в работе [4]. В этой работе, как и в изданиях ГВК, приводятся схемы 168 станций и 23 постов, равномерно расположенных на акватории устьев, где стационарные и экспедиционные наблюдения на стандартных горизонтах (поверхность, 3, 5, 10, 15, 20 м, дно и в слое скачка) проводились во все сезоны года, в отсутствие ледовых явлений — ежемесячно, у берега — ежедневно. Было изучено 175 тыс. проб, отобранных в открытых частях устьев (включая устьевые водотоки, куда проникала соленая вода), и 311 тыс. проб, отобранных у берегов.

Однородность рядов и значимость тенденций оценивали в соответствии с рекомендациями [12] по критериям Вилькоксона и Фишера. Ряды наблюдений были однородные, значимых тенденций не обнаружено. Для обобщения применяли методы математической статистики [12], так как ряды солености в каждой точке представляют собой совокупность случайных величин, зависящих от многих факторов — стока рек, осадков, течений, ветрового перемешивания, сгонно-нагонных явлений. В расчетах использовали все данные наблюдений за

соленостью воды, так как срочные значения не отклонялись от средних величин более чем на утроенное среднее квадратическое отклонение.

Для определения границ и районирования устьев рек использовали данные анализа распределения средней многолетней солености воды (5) и ее коэффициента вариации (С), рассчитанных по формулам, представленным в [12], по срочным значениям солености воды в каждой точке отбора проб. В связи с тем, что случайная ошибка средней многолетней солености воды, определенная в соответствии с рекомендациями [12], не превышала 10% в устьях больших рек и 2% в устьях малых рек, полученные средние многолетние значения солености принимались за норму. Использовалась терминология, приведенная в работе [9].

3. Обоснование и выбор критерия

Динамическое взаимодействие речных и морских вод в устьях рек сопровождается смешением, изменением химического состава и соответственно солености. Поэтому границы устьевых взморьев рекомендовано определять по солености воды, причем разными способами [1, 4, 8, 11, 13]. При средних гидрометеорологических условиях формируется устойчивая региональная характеристика процессов взаимодействия и смешения разнородных вод — зона взаимодействия и смешения. Более правильным представляется использовать в качестве критерия для выделения границ и районирования устьев не столько соленость, сколько ее изменчивость под влиянием комплекса факторов. Именно изменчивость солености воды характеризует степень распространения устьевых процессов в море и реку. В морской среде соленость имеет наибольшие значения, ее изменчивость несущественна и близка к ошибке определения [2]. Максимальная изменчивость характерна для устьевых водотоков и прилегающих к ним частей взморьев, где происходит быстрая смена водной массы под действием разных факторов. По направлению к вершинам устьев значения солености и ее изменчивость уменьшаются. Характеристиками изменчивости солености воды являются среднее квадратическое отклонение (СКО) и коэффициент вариации (С).

Средняя соленость на противоположных границах устьев (и в разных устьях) различается на порядок [4, 6, 8] — чем больше абсолютные величины, тем больше СКО. Поэтому оценивать и сравнивать по СКО изменчивость рядов солености, образованных существенно различающимися значениями, некорректно [12]. В качестве более достоверной и пригодной для сравнения характеристики изменчивости солености воды был использован ее коэффициент вариации, критериальные значения которого положены в основу определения морских границ устьев рек и их районирования.

Оказалось, что изменчивость солености в устьях больших и средних рек (Дунай, Днепр, Южный Буг, Ингул и Ингулец) больше, чем в устьях малых рек, так как сток последних оказывает в среднем меньшее распресняющее действие. Так, значение С в устьях рек Дунай, Днепр и Южный Буг изменялось в пределах 0,1—1,5, а в устьях рек Черная и Бельбек — 0,02—0,7.

Пространственная изменчивость значений 5 и Сг по продольным разрезам устьевых взморьев рек Дунай, Днепр, Южный Буг и Черная показана на рис. 1—3. Видно совпадение изолиний минимальных значений Сг с максимальными изогали-нами, мористее которых преобладает однородная водная масса, в большую часть года практически не подверженная распреснению. В устьевые водотоки, располо-

0 10 20 30 Ь,км

0,8 0,5 0,4 0,3 0,2 Су

Номер станции

Рис. 1. Фрагмент районирования по преобладающим процессам вдоль разреза рук. Быстрый р. Дунай — море (а) по распределению средней многолетней солености воды (б) и коэффициенту вариации (б).

Область: 1 — адвекции речной воды (5" = 0,3—1,5%, С= 0,8—1,0); 2 — распреснения (5" = 2—10%, С = 0,5—0,7); 3 — гидрофронта (5 = 11—14°%, С = 0,3—0,7); 4 — осолонения (5 = 15—17%, С = 0,1—0,2); 5 — адвекции морской воды (5 = 17,8—18%, С < 0,1).

женные выше критериальных границ, где наблюдается совпадение минимальных значений 5 и С , осолонение в среднем не распространяется и отмечается однородная по минерализации речная вода. Вне указанных границ (как верхней, так и нижней) значения С у не превышают ошибок средних значений 5 (10 и 2% для устьев больших и малых рек соответственно). Поэтому в качестве критериальных выбраны минимальные значения Су, равные 0,1 (для устьев больших рек) и 0,02 (для устьев малых рек). Изменчивость солености водной массы, расположенной вне указанных пределов (как на взморьях, так и в устьевых водотоках), м

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.

Показать целиком