ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 5, с. 82-87
= ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ДИНАМИКА ГЕОСИСТЕМ
УДК 631.432.1; 551.465.6
СИНХРОННОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЕЙ КАСПИЙСКОГО МОРЯ И ГРУНТОВЫХ ВОД В СЕВЕРНОМ ПРИКАСПИИ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX в.*
© 2007 г. М. К. Сапанов
Институт лесоведения РАИ Поступила в редакцию 18.04.2007 г.
На основе длительного мониторинга природных условий на Прикаспийской низменности обнаружена синхронная динамика уровней грунтовых вод на суше и Каспийского моря по направлению, скорости и величине, что свидетельствует о зависимости этих процессов от общих условий, в частности, регионального климата. Выявлены устойчивые тренды увеличения за последние 50 лет осенне-зимних температур воздуха и количества весенне-летних осадков, повышающих общее увлажнение, что указывает на возможность дальнейшего подъема уровней грунтовых вод на суше и Каспийского моря.
Введение. Изучая длительное время водно-солевой режим почвогрунтов полупустыни Северного Прикаспия, мы обратили внимание на синхронный подъем уровней грунтовых вод (УГВ) и Каспийского моря (УКМ) в конце 1970-х годов [17]. Ранее такая закономерность была обнаружена Г.Ф. Басовым и М.Н. Грищенко в Каменной степи (Воронежская область) [3].
Проведение более подробного сопряженного анализа этих явлений откладывалось в связи с тем, что именно в это время (конец 1970-х годов) отмечался всплеск ввода в эксплуатацию многочисленных обводнительно-оросительных систем. Например, в Прикаспийском регионе России, Азербайджана, Казахстана и Туркмении в 80-е годы орошением было охвачено около 2.7 млн. га [9].
В междуречье Волги и Урала были введены в эксплуатацию с забором воды из р. Волги Саратовская (Сыртовое Заволжье), Быковская, Николаевская, Палласовская, Джаныбекская и Ку-шумская системы (Прикаспийская низменность). При этом безвозвратное водопотребление в бассейне Каспия оценивалось в 36-45 км3/год (из них на Волгу приходилось около 26 км3/год). Большая часть этой воды (52-72%) использовалась для оро-сительно-обводнительных мелиораций. Именно эти хозяйственные мероприятия могли быть причиной повсеместного подъема УГВ не только в Прикаспии, но и в других местах, вплоть до образования заболоченных (мочаристых) почв в степной зоне юга России [6, 18].
Однако впоследствии даже резкое сокращение водных мелиораций с середины 1980-х годов не остановило подъема УГВ в Северном Прикаспии
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 06-04-48076).
вплоть до середины 1990-х годов, тренд которого удивительным образом совпадал и совпадает до сих пор с динамикой УКМ.
Дискуссии о причинах колебания УКМ не затихают в течение многих десятилетий, протекая особо остро в периоды его резких изменений, так как представляют не только научный интерес, но и обусловлены существенным влиянием изменений УКМ на хозяйственную деятельность в прибрежных регионах [2, 7, 8 и др.].
Особенно памятна масштабная попытка антропогенного регулирования УКМ во второй половине XX в., когда залив Кара-Богаз-Гол был отсечен дамбой от моря. Таким способом предполагалось остановить длительное падение УКМ, продолжавшееся до конца 1970-х годов. Однако УКМ начал подниматься вне зависимости от этого мероприятия, даже раньше завершения работ. Дамбу ликвидировали, но подъем УКМ продолжался до 1995 г. Стоит также вспомнить дискуссии о строительстве в Дагестане заграждающей дамбы вдоль побережья моря и об уменьшении забора речной воды на хозяйственные нужды. В этой связи точное знание основных причин современной динамики УКМ имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение.
При подведении итогов дискуссии о причинах современного колебания УКМ климатическая гипотеза получила наибольшее признание [8]. Однако вычисления приходной и расходной статей водного баланса моря, которые, каждая в отдельности, могут изменять УКМ на десятки сантиметров, имеют большие погрешности. Наиболее точно замеряется лишь результирующая динамическая величина - изменение УКМ в течение года. Тем не менее, В.Н. Михайловым, Г.И. Рычаго-вым и Е.С. Повалишниковой показано, что из-
менчивость динамики уровня моря (до 72% дисперсии) обусловлена объемом речного притока. При этом разница между испарением и осадками, так называемое видимое испарение, принималась за постоянную величину, т.е. считалось, что изменчивость этой величины намного меньше изменчивости речного притока [8]. Однако встречается мнение, что влияние этого показателя "не очень сильное, но значительное" и возрастает в моменты подъема УКМ [2]. Как видим, наличие некоторой неувязки между наблюдаемыми и расчетными значениями УКМ дает повод для продолжения многочисленных междисциплинарных дискуссий.
Тем временем, наши исследования особенностей круговорота воды на Прикаспийской низменности выявили интересные закономерности в динамике уровня почвенных грунтовых вод, которые, подтверждая климатическую гипотезу изменения УКМ, одновременно показывают значительное увеличение доли в этом процессе "видимого испарения", т.е. значительного влияния условий регионального климата.
Природные условия района исследований. В
основу анализа были положены длительные комплексные наблюдения на Джаныбекском стационаре Института лесоведения РАН, расположенном в глинистой полупустыне Северного Прика-спия междуречья Волги и Урала. Годовая сумма осадков (менее 300 мм) в несколько раз меньше испаряемости (более 900 мм). Коэффициент увлажнения (КУ), рассчитываемый делением сумм годовых осадков (мм) на испаряемость (мм) за более чем полувековой период наблюдений (1951-2004 гг.) колеблется от 0.1 (1972 г.) до 0.79 (1993 г.).
Изучаемая территория приурочена к тектонической впадине Каспийского моря, ее верхняя часть (до 100 м и более) сложена песчано-глини-стыми осадками четвертичных трансгрессий. Превышение территории над уровнем моря -около 40 м. Грунтовые воды залегают в пределах материнской породы тяжелосуглинистого состава на глубине 4.5-6.5 м, при мощности капиллярной каймы около 3 м. Между ними и подземными межпластовыми водами, которые приурочены к водоносному подстилающему песчаному горизонту (с глубины 15 м), водоупор отсутствует. Территория представляет собой почти идеальную глинистую равнину без развитой гидрографической сети, поэтому здесь нет поверхностного стока. В приходной части водного баланса этой бессточной равнины - лишь атмосферные осадки, в расходной - эвапотранспирация растительных сообществ и отток грунтовых вод [10-13, 15]. Отметим, что в других районах Русской равнины круговорот воды обычно осложнен поверхностным оттоком атмосферной влаги с территории.
Особенности гидрологического режима поч-вогрунтов на Джаныбекском стационаре изучены достаточно подробно и описаны во многих работах [4, 10-12, 14, 15, 17 и др.]. На стационаре, кроме многочисленных временных наблюдательных скважин, закладываемых для решения тех или иных задач, оборудованы более 10 постоянных пьезометрических скважин на разных типах почв, в которых ведутся ежедекадные многолетние наблюдения за УГВ. Колебания УКМ приведены по данным Дагестанского гидрометцентра (г. Махачкала).
Особенности флуктуаций уровня грунтовых вод на суше и уровня моря. Грунтовые воды на изучаемой территории застойные, пополняются весенними талыми водами лишь периодически по замкнутым локальным понижениям с лугово-каштановыми почвами (более 25% площади территории), вследствие чего под ними существуют пресные линзы с минерализацией менее 1 г/л гид-рокарбонатно-кальциевого состава, которые как бы вдавлены в засоленные воды. Остальная часть представлена возвышенными участками и занята солончаковыми солонцами и светло-каштановыми почвами со скудной пустынной и полупустынной растительностью. Здесь грунтовые воды атмосферными осадками напрямую не пополняются из-за наличия водонепроницаемого солонцового горизонта, поэтому они застойны и сильно засолены (более 5-10 г/л), их состав хлоридно-сульфат-но-натриевый [10-12].
Механизм возникновения динамических процессов в УГВ достаточно простой. Повышение УГВ происходит обычно весной, вследствие того, что периодически в понижениях рельефа скапливаются стоковые весенние талые воды, некоторая часть которых удерживается почвой гравитационными силами, другая - инфильтруется в грунтовые воды и поднимает их уровень с образованием временных водяных куполов. Дальнейшее общее гидростатическое выравнивание зеркала грунтовых вод вызывает подъем его уровня на возвышенных участках под солончаковыми солонцами с непромывным типом водного режима. Поэтому колебание УГВ на возвышенных участках отличается небольшой годовой амплитудой и является хорошим результирующим маркером его многолетних циклов на территории.
Основной расход из грунтовых вод происходит в течение вегетационного сезона за счет десукции растений, в основном по понижениям рельефа (в среднем, около 30 мм/год). Под возвышенными участками они используются растениями слабо по причине сильной засоленности. Кроме этого известно, что грунтовые воды могут возгоняться в виде парообразной влаги в верхние слои почвы (до 13 мм/год) [1, 4, 12, 15].
Годы 2000
-27 -28 -29 -30
УКМ, M
Расход р. Волга, кбм/с 12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
300 400 500 600 700 800
Глубина почвогрунта, м
КУ 0.8
0
Рис. 1. Уровень Каспийского моря у г. Махачкала по данным Дагестанского гидрометцентра в абсолютных значениях (1), истинный расход р. Волга (2), те же значения, выровненные 5-летними скользящими (3) [8], глубина залегания уровня грунтовых вод от поверхности почвы (4), коэффициент увлажнения в Северном Прикаспии (5), те же значения, выровненные 5-летними скользящими (6).
Амплитуда колебаний УГВ сильно зависит от гидротермического режима летних месяцев: чем жарче и суше лето, тем быстрее и ниже опускаются грунтовые воды и, наоборот, во влажные годы может даже происходить их общее повышение. Именно поэтому отмечается сопряженность динамики УГВ с коэффициентом увлажнения (КУ), который является комплексным показателем годового состояния погодных условий (рис. 1). На рисунке видно повышение УГВ во влажные годы (до 1995 г.) и, наоборот, его понижение
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.