СТОК ДОНА: ЕГО КЛИМАТИЧЕСКИЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
EFFECT OF CLIMATE AND ANTROPOGENIC CHANGES ON THE DON RUNOFF
Н.И. Коронкевич, А.Г. Георгиади, Е.А. Барабанова, Е.А. Кашутина, И.С. Зайцева
N.I. Koronkevich, A.G. Georgiadi, E.A. Barabanova, E.A. Kashutina, I.S. Zaitseva
Институт географии РАН
(Россия, 119017, г. Москва, Старомонетный пер., 29)
Institute of Geography, Russian Academy of Sciences
(Russia, 119017, Moscow, Staromonetniy per., 29)
e-mail: hydro-igras@yandex.ru
На основе регрессионных моделей, воднобалансовых методов и данных водохозяйственной статистики получены оценки изменений стока Дона в XX-XXI вв., связанные с изменениями климата и антропогенным воздействием.
Assessment of the Don water flow changes in XX-XXI centuries due to climate change and human impact was obtained on the basis of regression models, water balance methods and statistics.
В бассейне одной из крупнейших рек южной части Русской равнины – Дона преобладают степной (63% всей территории) и лесостепной (32%) зональные комплексы. Антропогенно-измененные территории занимают более 80% площади всего бассейна, используемой главным образом в неорошаемом земледелии. Антропогенное воздействие здесь осуществлялось на протяжении длительного времени. С 1881 г. наименьшим оно было в 1881-1930 гг. – в период, принятый за естественно-условный.
Средняя многолетняя величина стока Дона в условно-естественных условиях около 26 км3/год, 79% стока приходится на март-апрель, 13,8% ? на июль-ноябрь, 7,2% – на декабрь-февраль (створ Дон-Раздорская [5]). В последние десятилетия происходят существенные изменения в годовом стоке и его внутригодовом распределении [1, 3, 6]. Наблюдается уменьшение годового и весеннего стока и увеличение водности в меженные периоды (особенно в зимние месяцы). Изменения связаны как с климатическими факторами, так и с антропогенным воздействием.
Расчетная оценка увеличения осредненной по бассейну Дона средней годовой температуры воздуха за период 1981-2009 гг. по сравнению с периодом 1931-1980 гг. составляет около 0,9°С, а годовая сумма атмосферных осадков увеличилась на 2% [8]. Значительное влияние на сток и водный режим Дона и их притоков оказывают водохранилища и различные отрасли промышленности, сельское хозяйство, урбанизированные территории, которые занимают 4% площади бассейна Дона.
Для оценки вклада климатических и антропогенных изменений в годовой и сезонный сток Дона использовались два независимых метода:
Оценки, основанные на восстановлении стока по связям с реками-индикаторами климатических условий. Анализ кривых нарастающих сумм отклонений фактического стока от восстановленного по регрессионным зависимостям условно-естественного стока показывает динамику изменения интегрального эффекта антропогенного воздействия с 1952 г. – с момента начала заполнения Цимлянского водохранилища – крупнейшего искусственного водоема в донском бассейне (рис. 1).
Рисунок 1. Интегральное антропогенное воздействие на годовой и сезонный сток Дона у Раздорской.
Интегральное снижение стока на Дону у станицы Раздорская характерно для годового стока (196 км3) и особенно стока половодья (340 км3). Наибольшим суммарным увеличением характеризуется сток лета-осени (144 км3). При этом в летне-осенний период сток увеличился в два раза больше, чем в зимний.
Сравнение между собой фактического стока за 1891-1929 гг. и восстановленного по уравнениям регрессии стока за периоды с выраженным антропогенным воздействием показывает участие климата и антропогенных факторов в изменении стока (рис. 2). В 1930-2006 гг. и в период снижения среднегодовой температуры воздуха и годовой суммы атмосферных осадков с 1930 по 1980 гг. в изменениях стока всех сезонов вклад антропогенного фактора превышал вклад климата. На фоне повышения среднегодовой температуры воздуха и годовой суммы атмосферных осадков в 1981-2006 гг. относительно большее значение в изменениях стока приобретает климатический фактор.
Рисунок 2. Климатические (1), антропогенные (2) и суммарные (3) изменения стока Дона у Раздорской по сравнению с 1891-1929 гг.
Оценка отдельных антропогенных воздействий на годовой сток. С 1930-х гг. ведущую роль во влиянии на сток среди различных видов хозяйственной деятельности на водосборах играли агротехнические мероприятия, в первую очередь зяблевая пахота, приводя уменьшению стока. Площадь зяблевой пахоты в 1960-1980 гг. в бассейне Дона достигла 40-50% общей площади водосбора. Сток же с нее в лесостепных районах в 1,5-2, а в степных в 2-4 раза ниже, чем с полей с уплотненной к началу весеннего половодья почвой. Под влиянием агротехники сток Дона снизился к середине 1980-х гг. более чем на 10% (в среднем на 3,3 км3). Однако после 1990 г. в связи с кризисными явлениями в сельском хозяйстве влияние агротехники уменьшилось. Общее же снижение стока Дона под ее влиянием с 1881 по 2005 гг. оценивается в 185 км3, в т.ч. по сравнению с периодом условно-естественного стока в 170 км3.
Воздействие на сток Дона роста урбанизированных площадей вначале отставало от темпов воздействия на сток агротехники, однако в самые последние годы это воздействие превзошло воздействие агротехники, но с обратным знаком. Расчеты показывают, что 1% водонепроницаемых поверхностей на водосборе увеличивает полный речной сток, на 2-3%, главным образом за счет теплого периода года. Общее воздействие роста урбанизированных площадей за 1881-2005 гг. выразилось в увеличении стока Дона более чем на 120 км3, из которых около 110 км3 приходится на период после 1930 г.
Мощным антропогенным воздействием на сток Дона с начала 1950-х гг. стало создание Цимлянского водохранилища, сток которого уменьшился в результате заполнения «мертвого» объема, дополнительных потерь воды на испарение с акватории водохранилища, забора воды в Волгодонской канал. Созданные затем Воронежское и ряд мелких водохранилищ мало повлияли на общую картину гидротехнического воздействия на годовой сток. С конца 1980-х гг. имеет место некоторое снижение потерь воды с акватории вследствие уменьшения дефицита влажности воздуха. Суммарно за 1881-2005 гг. воздействие водохранилищ на уменьшение стока Дона выразилось величиной около 90 км3, из которых большая часть приходится на период после 1930-х гг.
На основные виды водопотребления безвозвратно затрачено за 1881-2005 гг. примерно 220 км3, в т.ч. после 1930 г. – 205 км3. Из них около 65% приходится на нужды орошения, около ? на промышленное водопотребление и около 10% на хозяйственно-бытовое. Все эти виды антропогенного воздействия имели тенденцию нарастания до начала 1990-х гг. (медленное в хозяйственно-бытовом секторе и гораздо более быстрое в орошении и промышленном секторе). В последние годы имеет место стабилизация водопотребления в хозяйственно-бытовом секторе и резкий его спад в промышленности и орошаемом земледелии.
Динамика нарастающего антропогенного воздействия на сток Дона представлена на рис. 3.
Как уже отмечалось, антропогенное воздействие на сток в бассейне Дона было во все периоды. Наименьшим оно было в период 1881-1930 гг., составляя в совокупности примерно 1% годового стока Дона, максимальным – в период 1981-1990 гг., приводя к его уменьшению на 1/3 и вновь снижаясь почти в 2 раза и имея тенденцию к дальнейшему снижению. Общее уменьшение стока с 1881 по 2005 гг. оценивается в 372 км3, в т.ч. по сравнению с периодом условно-естественного стока в 352 км3. Наибольший вклад в это снижение вносят орошаемое земледелие (около 38%) и водохранилища (24%). Хозяйственная деятельность на водосборах в совокупности дает около 18%, промышленное водопотребление – около 15%, хозяйственно-бытовой сектор – несколько более 5%.
Рисунок 3. Нарастающее влияние всех видов хозяйственной деятельности на сток Дона, км3
Выше представлены воднобалансовые расчеты для всего бассейна Дона. Площадь бассейна Дона у ст. Раздорская, для которого восстанавливался сток по рекам-индикаторам климатических условий, приблизительно на 10% меньше общей площади бассейна Дона. Соответственно для этого створа следует принять меньшим совокупное воздействие хозяйственной деятельности на водосборах. За период 1931-2005 гг. это выражается в величине среднего ежегодного уменьшения стока в размере 0,8 км3/год. Ролью водохранилищ ниже Раздорской можно пренебречь и полагать общее их воздействие, равное тому, что рассчитано для всего бассейна Дона – 1,0 км3/год.
Долю хозяйственно-бытового и промышленного водоснабжения можно оценить приблизительно в 70% от водопотребления всего бассейна Дона, т.е. на бассейн Дона выше Раздорской приходится за рассматриваемый период соответственно 0,2 и 0,5 км3 ежегодных безвозвратных изъятий. В нижней части бассейна Дона расположена большая часть орошаемых массивов. Выше створа Раздорской их менее 40%, для орошения которых безвозвратно изымалось в среднем за 1931-2005 гг. около 0,8 км3/год. Итого за этот период среднее уменьшение стока Дона в створе Раздорская оценивается в 3,3 км3 ежегодно, а всего – в 245-250 км3.
Получены следующие значения среднего суммарного антропогенного уменьшения годового стока Дона у Раздорской за период 1930-2005 гг. – 3,3 км3 (по сумме изменений, обусловленных влиянием отдельных видов антропогенных воздействий) и 2,6 км3 (по связям со стоком рек-индикаторов климатических условий), что составляет соответственно 12 и 9,5% относительно среднего многолетнего годового стока условно-естественного периода 1891-1929 гг.
Оценки изменения годового стока за период после заполнения Цимлянского водохранилища (1956-2005 гг.), полученные по сумме изменений, вызванных отдельными видами антропогенных воздействий и представленные в данной работе, а также приведенные в [1], весьма близки между собой. В то же время эти методы, по-видимому, дают несколько завышенные оценки снижения стока Дона, обусловленного антропогенными факторами. Об этом говорит то обстоятельство, что, согласно этим расчетам, антропогенные изменения стока за указанный выше период оказываются равными общему изменению фактического стока по сравнению с предшествующим периодом наблюдений. На самом деле, в это снижение стока вносит свой вклад и изменение климата, которое также способствовало уменьшению годового стока (в этот период преобладала долговременная фаза снижения условно-естественного стока).
В свою очередь метод, основанный на связях со стоком рек-индикаторов климатических условий, несколько занижает антропогенные изменения стока, главным образом из-за того, что сток рек-индикаторов в некоторой степени уже изменен хозяйственной деятельностью на водосборах (в основном, мероприятиями неорошаемого земледелия).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: