Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности проблемы 11
1.1. Основные этапы изучения природных комплексов исследуемого объекта и условий их формирования 11
1.2.Опыт изучения объектов-аналогов 18
2. Методика проведения исследования 25
2.1.Общие основы гидрологического мониторинга на Волгоградском водохранилище 25
2.2.Методика полевых наблюдений и работ 28
2.3.Методы камеральной обработки и анализа результатов наблюдений 32
3. Волгоградское водохранилище как геотехническая система 36
3.1 .Волжская ГЭС и ее место в волжско-камском каскаде 36
3.2. Общая характеристика геотехнической системы Волгоградского водохранилища 39
4. Общие физико-географические условия формирования природных комплексов озерного участка Волгоградского водохранилища 47
4.1.Геолого-геоморфологические условия волжской долины 47
4.2. Климатические особенности региона 56
4.3.Общая гидрографическая характеристика водосборного бассейна Волгоградского водохранилища 63
4.4.Экосистема Волги до создания Волгоградского водохранилища 67
5. Изменение гидрологического режима Волги с созданием Волжской ГЭС и водохранилищ волжско-камского каскада 75
5.1 .Режим уровней и стока воды 75
5.2. Течения на озерном участке Волгоградского водохранилища 79
5.3.Ветровое волнение 89
5.4.Ледово-термический режим 93
5.5.Основные показатели качества вод 103
6. Новые гидрологические процессы на Волгоградском водохранилище 108
6.1. Абразия 108
6.2. Заиление 120
6.3.Прогноз развития новых процессов 131
7. Современное состояние и развитие природных аквальных комплексов озерного участка 138
7.1 .Абиотические компоненты природных аквальных комплексов 138
7.2.Экосистема озерного участка Волгоградского водохранилища 145
7.3.Типология природно-аквальных комплексов озерного участка 154
Заключение 168
Список использованной литературы 173
Приложение 1
- Общая характеристика геотехнической системы Волгоградского водохранилища
- Климатические особенности региона
- Течения на озерном участке Волгоградского водохранилища
- Заиление
Введение к работе
Актуальность и проблемы исследований. 31 октября 1958 года перекрытием реки Волги выше Сталинграда образовано одно из крупнейших водохранилищ мира. После наполнения чаши первоначальная протяженность Сталинградского (позже - Волгоградского) водохранилища составила 670 км, площадь при нормальном подпорном уровне (далее: НПУ) достигла 3309 км , а объем превысил 32,1 км .
К этому моменту были уже введены в эксплуатацию 6 гидроэлектростанций (ГЭС) на Волге и Каме; выше плотин этих ГЭС образовались 6 «искусственных морей». Волгоградское водохранилище стало вторым по объему на планете (после Куйбышевского) и третьим по площади водной поверхности (после Куйбышевского и Рыбинского). Позже было создано еще 4 крупных водохранилища, в том числе Саратовское, ликвидировавшее отрезок естественного течения реки выше Волгоградского водохранилища. Так формировался каскад искусственных водоемов на главных водотоках Волжского водосборного бассейна - Волге и Каме.
Цели создания Волжской ГЭС и Волгоградского водохранилища, как и всего волжско-камского каскада, были подчинены нуждам электроэнергетики, водного транспорта и мелиорации земель. Вопросы сохранения природных комплексов волжской речной долины в условиях коренного изменения гидрологического режима реки заняли при проектировании гидроузлов подчиненное значение. При рассмотрении этих вопросов преобладали потребительские аспекты природопользования (например, перспективы рыбных уловов и связанный с ними прирост численности промысловых видов рыб).
События и перемены последующих десятилетий показали несостоятельность потребительских тенденций во взаимоотношениях общества и природы, губительность поспешных проектов преобразования естественных ландшафтов на любом таксономическом уровне. Исследования ученых-естественников и активная позиция экологической общественности позволили приостановить ряд проектов, связанных с переустройством ландшафтной сферы страны (в том числе проекты строительства низконапорной ГЭС на Волге в Астраханской области и переброски стока северных рек в Волгу). Экологической экспертизе подобных проектов в последнее время уделяется значительно более серьезное внимание. Однако, до сих пор велика вероятность принятия преобразующих природные комплексы решений в конъюнктурных экономических целях.
Практика последних десятилетий со всей очевидностью показала необходимость подчинения хозяйственной деятельности общества вопросам охраны природной среды, бережного отношения к природным комплексам, рационального использования природных ресурсов. Кризисные экологические явления в бассейне Нижней Волги подчеркнули остроту проблем. В данной ситуации, отмеченные выше аспекты должны обладать безусловной приоритетностью. В этой связи представляется актуальным комплексный физико-географический подход к решению проблемы.
Среди общей совокупности природных комплексов волжской речной долины, затопленной водами Волгоградского водохранилища, а также комплексов прилегающей территории, наибольшим изменениям подверглись комплексы в пределах экваториальных границ - природные аквальные комплексы (далее -ПАК), а также природные комплексы в смежных с акваторией водохранилища полосах территории до границ прямого воздействия водной массы водохранилища, именуемые иногда территориально-аквальными (далее -ТАПК). Определенные изменения в связи с созданием водохранилища прослеживаются и в пределах природных территориальных комплексов (далее: ПТК) вне бровок развития абразии. Однако, по крайней мере в настоящее время, эти изменения большей частью не перерастают в качественные, не приобретают масштабности, присущей изменениям ПАК.
Естественной представляется гипотеза о том, что причиной радикальных изменений ПАК и ТАПК Волги является принципиальное изменение общего гидрологического режима последней с созданием Волжской ГЭС и всего каскада водохранилищ на Волге и Каме. Последний тезис особо актуален именно для Волгоградского водохранилища, являющегося замыкающим звеном каскада. Исследование генезиса обновленных природных комплексов Волгоградского водохранилища позволит раскрыть общие закономерности их формирования, объективно оценить изменения, получить прогноз их развития и, в конечном итоге, разработать эффективный комплекс мер, ослабляющих негативные тенденции и предотвращающих экологический кризис в регионе. Последнее особенно важно, поскольку основные компоненты гидрологического режима в зоне Волгоградского водохранилища реально регулируются человеком в процессе эксплуатации гидроузлов ГЭС, а также других гидросооружений (каналы, объекты водопользования и т.п.). Кроме того, результаты исследования могут быть использованы при проектировании новых искусственных водных объектов.
Объект и предмет исследования. Объектом диссертационного исследования являются природные аквальные комплексы Волгоградского водохранилища. Предметом - закономерности их формирования в условиях обновленного гидрологического режима Волги. Поскольку гидрологический режим нижней (озерной) части водохранилища претерпел наиболее радикальные изменения, именно ПАК данной части водохранилища составили основу объекта исследования. ПАК других частей водохранилища внимание уделено пропорционально нарастанию признаков их озерности. ТАПК озерной части водохранилища рассматриваются в рамках данного исследования как комплексы, тесно связанные с природно-аквальными аналогами и имеющие общие с ними генетические основы. Гидрологические процессы и явления, по убеждению автора исследования, являются для ТАПК главными формирующими силами. Учитывая это, автор в целом не выделяет далее ТАПК как отдельный комплекс, считая его составной частью ПАК.
Цель и задачи исследования. Основная цель исследования - выявление основных закономерностей формирования природных аквальных и территориально-аквальных комплексов озерной части Волгоградского водохранилища под действием измененного гидрологического режима в конкретных физико-географических условиях.
В соответствии с поставленной целью исследования, задачами исследования явились: 1) Изучение теоретических основ гидрологических процессов и явлений на водохранилищах и в нижних бьефах гидроузлов и их роли в формировании природных комплексов. 2) Изучение результатов наблюдений и исследований гидрологического режима Волги (в границах объекта настоящего исследования) с начала систематических наблюдений до момента перекрытия реки в 1958 году. 3) Обобщение результатов наблюдений и исследований гидрологического режима Волгоградского водохранилища с момента его образования по настоящее время; формирование баз данных современных гидрометеорологических наблюдений на озерном участке водохранилища. 4) Разработка методических основ исследования. 5) Анализ изменений гидрологического режима параллельно с анализом физико географических изменений компонентов природной среды Волгоградского водохранилища (включая в необходимой мере нижний бьеф Волжской ГЭС). 6)
Оценка продуктивности гидрометеорологических факторов, формирующих природные комплексы водохранилища. 7) Разработка типологии ПАК и выявление тенденций их развития. 8) Прогноз развития основных гидрологических явлений и процессов, формирующих природные комплексы озерной части водохранилища, на основе верификации известных моделей и использования методов математической статистики. 9) Разработка рекомендаций, направленных на сохранение оптимального уровня состояния ПАК, ослабление негативных проявлений гидрологических процессов, оптимизацию гидрологического режима Волгоградского водохранилища.
Методологические основы исследования. Концептуальными основами настоящего исследования явились работы Н.А.Солнцева, А.Г.Исаченко и Н.Н.Назарова [217,219,216,218,89,90,149]. Н.А.Солнцев однозначно Ф определяет место наземных водных объектов внутри (в структуре) «географического индивида» - ландшафта. А.Г.Исаченко, разрабатывая основы ландшафтоведения и физико-географического районирования, рассматривает аквальные геосистемы как структурные части ландшафта.
Полноценное исследование ПАК невозможно без определения сущности понятия «аквальная геосистема». Как отмечает Н.Н.Назаров (2002), «первостепенность этого сегодня продиктована крайней запутанностью вопроса, возникшей в результате бурного и противоречивого развития теории ландшафтных исследований в морях и океанах и часто автоматически переносимой на водные объекты континентов» [149, С.5]. Некоторые исследователи при изучении ландшафтов морей и океанов выделяют только их поверхность. Другие авторы отдают предпочтение донным ландшафтам. Третьи считают морской ландшафт объемным понятием, включающим часть акватории с ее поверхностью, толщей воды и дном. Между тем (как отмечает Н.Н.Назаров), исследователями оставлено почти не замеченным теоретическое замечание Н.А.Солнцева о месте ПАК в системе ландшафтов эпигеосферы, который охарактеризовал его как полный комплекс, формирующийся не только в морях и океанах, но и в континентальных водоемах [там же].
Вместе с указанными авторами, автор диссертационного исследования 4 опирается на точку зрения, согласно которой ПАК водных объектов суши являются объемным понятием, относящимся к разряду полных (пятичленных) природных образований, характеризующихся субстратом донных отложений, толщей водной массы, нижнего слоя тропосферы, живых организмов и растительности. Морфологическая структура водоемов (как и для ландшафта в целом) имеет две основные ступени акваториального устройства - аквальная фация и аквальное урочище (хотя и допускает при необходимости выделение промежуточных ступеней - аквального подурочища и аквальной местности).
Настоящее исследование опирается также на главенствующую роль гидрологических процессов и явлений в формировании ПАК. Эта позиция находит подтверждение в работах большинства физико-географов. Так, НННазаров указьшает: «принципы геосистемной дифференциации водохранилищ по многим позициям сопоставляются с принципами гидрологической, морфолитогенетической, инженерно-геологической систематизации их основных элементов... Важнейшую роль в выделении самостоятельных морфологических групп аквальных геосистем играют различия в наборе гидрофизических процессов, превалирующих в тех или иных частях водоема: прибрежной зоне, ложе водохранилища, затопленном русле реки и др.» [149, С.7,8].
Исходным принципом исследования ПАК Волгоградского водохранилища является комплексный подход, рассматривающий генезис новых природных комплексов как результат воздействия совокупности процессов и явлений обновленного гидрологического режима и комплекса ландшафтных условий, присущих волжской долине в границах объекта исследования.
Основные положения исследования, вынесенные на защиту.
Искусственное изменение гидрологического режима Волги, связанное с созданием Волжской ГЭС и каскада водохранилищ, является закономерной основой формирования принципиально новых ПАК.
Режим течений, абразия и заиление - главные факторы продолжающегося процесса формирования ПАК.
Прогноз развития главных формирующих процессов и основные тенденции развития природных озерных комплексов водохранилища.
Типология ПАК озерной части Волгоградского водохранилища.
Искусственное регулирование водного режима Волгоградского водохранилища и других водохранилищ волжско-камского каскада - главный инструмент сохранения оптимального состояния природных комплексов.
Научная новизна и практическая значимость исследования. Крупные водохранилища представляют собой уникальные явления, поскольку являются первым серьезным опытом человечества в деле серьезного преобразования естественных ландшафтов Земли и окружающей природной среды. Каковы последствия вмешательства человека в естественные природные процессы, эволюцию биосферы; насколько готов он к преобразованию ландшафтов; насколько устойчивы естественные природные комплексы и велик риск нарушения этой устойчивости; возможны ли эффективные способы искусственного управления геосистемами - это главные вопросы, возникающие перед человеком на пороге ноосферы, согласно концепции Вернадского.
Волгоградское водохранилище, учитывая достаточно длительный срок своего существования и грандиозность морфометрических показателей, дает замечательную возможность к анализу последствий искусственного нарушения хода естественной истории ландшафтов. Безусловно, к данной возможности обращался достаточно большой ряд исследователей (см. гл. 2) и будет обращаться многократно, поскольку тема чрезвычайно глубока и многогранна.
Научная новизна настоящей работы видится автору в обосновании генезиса многообразных природных комплексов конкретного водохранилища на строго объективных данных о его обновленном водном режиме. Располагая объективными материалами наблюдений за гидрологическим режимом и природными комплексами Волги и Волгоградского водохранилища, а также 25-летним опытом практических исследований в пределах границ объекта, автор в настоящей диссертационной работе пытается раскрыть свое видение проблемы, перспективы ее решения. В работе использованы многочисленные материалы гидрометеорологического мониторинга на сети стационарных и экспедиционных пунктов наблюдений. Многие наблюдения выполнялись при активном участии и под методическим руководством автора. Большая часть материалов наблюдений опубликована в виде первичной информации о текущем состоянии водных объектов в изданиях Государственного водного кадастра (далее: ГВК). Эти материалы (также как и результаты инициативных наблюдений и работ, осуществленных автором настоящего исследования), обобщенные и подвергнутые анализу в контексте данной тематики, положены в основу настоящей работы и, как представляется автору, используются и интерпретируются в данном контексте впервые. Новизна исследования заключается в изучении специфики процесса в условиях конкретного водного объекта.
Общая характеристика геотехнической системы Волгоградского водохранилища
Волгоградское водохранилище является одним из крупнейших искусственных водоемов страны и всего мира. В табл. 5 приведены его главные морфометрические характеристики при НПУ [33, С.7].
По объему Волгоградское водохранилище занимает место среди десяти крупнейших водохранилищ мира, уступая водохранилищам (в скобках - общий объем, км3): Кариба (185), Братское (169), Лейк-Мид (83,0), Красноярское (73,0), Зейское (68,4), Усть-Илимское (59,4), Куйбышевское (58,0), Мьёса (55,5), Вилюйское (35,9). По площади зеркала оно уступает лишь следующим водохранилищам (км ): Вольта (8500), Куйбышевское (5650), Братское (5500), Рыбинское (4550). Место Волгоградского водохранилища среди водохранилищ волжско-камского каскада характеризует табл. 6. Сравнительные данные по водохранилищам (З.А.Викулина, И.А.Шикломанов, В.Е.Иогансон [28,29,264,87]) приведены без учета водохранилищ, включивших акватории и объемы естественных озерных котловин (Байкал, Виктория, Бухтарминское, Верхне-Свирское и т.п.).страны и речного бассейна, необходимо охарактеризовать самые общие особенности территории, часть которой занимает объект исследования. Данная территория, принадлежащая умеренному поясу, разделена между зонами лесостепей, степей и полупустынь. Лесостепная зона примыкает к водохранилищу с правого берега в крайней северной части водохранилища (выше устья Терешки, 420 км выше плотины Волжской ГЭС). Наиболее заметные массивы дубрав выходят здесь к береговым бровкам речного участка водохранилища выше с.Березняки. Волжская долина, учитывая сравнительно невысокий подъем воды водохранилища на этом участке, сохранила остатки пойменного ландшафта с его интразональными чертами, осиновыми, березовыми и осокоревыми лесами и пойменными лугами.
Зона степей охватывает левобережье Волгоградского водохранилища от г.Балаково до устья р.Еруслан, наращивая признаки аридности на всем этом протяжении. От устья Еруслана сухостепные ландшафты сужающейся полосой (от 25 до 2-3 км) опускаются на юг по левому берегу до с.Новоникольское (45 км выше ГЭС), уступая прибрежные территории полупустынным ландшафтам. По правому берегу зона степей протягивается от устья Терешки до самой плотины Волжской ГЭС и далее на юг, хотя лесостепные ассоциации местами и возвращаются к берегу водохранилища (ниже Саратова, ниже с.Дубовочка, в бассейнах рек Даниловки и Щербаковки). Далее минимальные лесные ассоциации встречаются лишь по тальвегам балок {баирачные или буерачные леса) или каймы дубрав по краям плосковершинных восточных склонов Приволжской возвышенности {бордюрные дубравы). На обоих берегах степные ассоциации на темно-каштановых, каштановых и светло-каштановых почвах также испытывают нарастание признаков аридности с севера на юг. В растительных покровах преобладают типчак, ковыль, ромашник, полынь, житняк.
Зона полупустынь выходит непосредственно к Волгоградскому водохранилищу только на отрезке левого берега между с.Новоникольское и плотиной Волжской ГЭС. Полупустынный ландшафт характеризуется здесь плоско-равнинным рельефом со светло-каштановыми почвами (с признаками солонцов и солончаков) и разреженным ковром белополынно-ромашниковой растительности.
Пойменные ландшафты с лесными массивами на песчаных гривах эолового и аллювиального происхождения и заливными лугами достаточно разнообразны и заметны вплоть до Саратова и поселка Красный Текстильщик (озерно-речной участок, 340 км выше плотины Волжской ГЭС). Ниже они исчезают, появляясь в долине Волги только в нижнем бьефе ГЭС (Волго-Ахтубинская пойма).
В административно-территориальном отношении акватория Волгоградского водохранилища включена в состав Саратовской и Волгоградской областей. Причем, на территории первой водохранилище омывает берега 7 административных районов (Балаковского, Вольского, Марксовского, Саратовского, Энгельсского, Красноармейского и Ровненского). Берега озерного участка относятся лишь к двум последним районам Саратовской области. В Волгоградской области выход к Волгоградскому водохранилищу также имеют 7 административных районов (Старополтавский, Камышинский, Николаевский, Быковский, Дубовский, Среднеахтубинский и Городищенский) и территории 2 городов областного подчинения (Волгограда и Волжского).
В демографическом отношении прибрежная территория характеризуется достаточно высокой плотностью населения. На территориях Саратовского и Энгельсского районов плотность населения превышает 10 чел./км . Близка к этому значению (7-10 чел./км ) плотность населения в пределах большинства остальных прибрежных районов Саратовской области и в Камышинском и Старополтавском районах Волгоградской области. На территории оставшихся районов плотность ниже 7 чел./км . Но в пределах урбанизированных территорий плотность населения резко возрастает (в районах городской застройки, выходящих к берегам водохранилища - в Волгограде, Саратове, Волжском, Энгельсе - до 2 тыс. челУкм и более). На берегах Волгоградского водохранилища расположено 10 городов (Волгоград, Саратов, Волжский, Балаково, Энгельс, Камышин, Вольск, Дубовка, Николаевск, Маркс), среди которых 2 (Волгоград и Саратов) имеют население около 1 млн.человек, 1 город с населением свыше 300 тыс.чел. (Волжский) и 3 - свыше 100 тыс.чел. % (Балаково, Энгельс, Камышин). Кроме того, на берегах водохранилища расположено 8 поселков городского типа (4 в Волгоградской области) и 122 населенных пункта сельского типа (52 в Волгоградской области). Прибрежная территория вместе с акваторией Волгоградского водохранилища активно используется в хозяйственном отношении. Здесь широко представлены практически все формы хозяйственной деятельности, присущие региону. Промышленные предприятия сосредоточены преимущественно в крупнейших городах; все они играют существенную роль в региональной системе водопользования и основным источником для них являются воды Волгоградского водохранилища. Качественные показатели воды водохранилища во многом зависят от уровня и состояния технологических процессов. Среди потенциально опасных с экологической точки зрения отраслей промышленного производства здесь представлены предприятия: химической и нефтеперерабатывающей промышленности (Саратов, Балаково, Энгельс, Камышин, Волжский); легкой (Камышин, Красноармейск, Красный Текстильщик); лесной (Саратов, Камышин, Краснооктябрьский); пищевой (Саратов, Энгельс, Маркс, Камышин, Николаевск, Быково, Дубовка и некоторые другие населенные пункты); строительных материалов (Вольск, Саратов и др.); машиностроительной (в том числе—
Климатические особенности региона
Целью данного раздела является краткий анализ климатических условий, воздействующих прямо или косвенно на водную среду водохранилища и те основные процессы, которые формируют ПАК в последние десятилетия после создания плотины Волжской ГЭС. В этой связи наибольший интерес представляют температурный и ветровой режимы региона. Однако, при этом нельзя отрицать влияния ряда других факторов климата в общем процессе формирования ПАК (особенно, принимая во внимание тесную взаимосвязь ПАК с окружающими ПТК).
Климатическим условиям территории, на которой размещено Волгоградское водохранилище, свойственно присутствие как зональных, так и азональных климатообразующих факторов. Важнейшим зональным фактором является распределение солнечной радиации. Азональные факторы климата региона связаны с особенностями конфигурации Приволжской возвышенности и характером заложения Волжской речной долины. Наряду с потоком солнечной радиации и характером подстилающей поверхности, важнейшим фактором формирования климатических условий являются особенности переноса воздушных масс.
Территория, которой принадлежит Волгоградское водохранилище, относится к Атлантико-континентальной европейской области умеренного пояса (согласно схеме климатического районирования по классификации Б.П.Алисова). Приход суммарной солнечной радиации на единицу территории в границах озерного участка составляет: в январе 97-106 МДж/м2; в июле 656-670 МДж/м (общий запас солнечной энергии - 45-50 ккал/см ). Десять месяцев в году радиационный баланс положителен. Общая продолжительность солнечного сияния (по данным профессора А.Н.Сажина [186, С. 109]) колеблется в пределах территории от 2100 до 2300 ч с севера на юг (уменьшается до 1800 ч у северных берегов водохранилища у г.Балаково).
Погодные условия территории формируются под влиянием преобладающих типов атмосферных процессов. Характерным для нее следует считать присутствие воздушных масс, сформировавшихся в центральных областях евразийского континента. В зимний период - это холодный сухой воздух, стекающий из зоны высокого атмосферного давления в возвышенной центральной части материка или проникающий сюда из Арктики; в летний -сухой и жаркий воздух, поступающий из Казахстана, Средней Азии и Ближнего Востока. Противоположные тенденции имеют воздушные массы циклонического характера, приходящие с Северной Атлантики. Реже наблюдается вторжение циклонов с акваторий Средиземного и Черного морей, еще реже - с Каспийского моря. Если в зимний и летний периоды преобладает континентальный тип погоды, в переходные периоды (осень, весна) погодные условия территории диктуются циклонической деятельностью.
Температурный режим воздушных масс полностью определяется названными выше факторами. В табл. 11 отражена амплитуда температур воздуха по ряду пунктов в пределах основного водосбора Волгоградского водохранилища.1972 г.) [33, С. 12], по длине водохранилища меняется в пределах 5,5-7,5С. Тот же автор на основании данных наблюдений на береговых и плавучих стационарных пунктов характеризует помесячное изменение температуры воздуха [там же, С. 14]. Из этих данных видно, что абсолютные минимумы температур устойчиво фиксируются в январе, максимумы - в июле. Средние месячные температуры в декабре - марте по всем пунктам устойчиво отрицательны; в ноябре наблюдается переход от положительных температур воздуха к отрицательным в направлении от южных пунктов к северным. Современные данные по изменению средних месячных температур воздуха приводит проф. А.Н.Сажин [186, С.116] (по МС Волгоград; 1996). Анализ данных, представленных А.Я.Мыльниковой по ряду береговых пунктов с достаточно длительными рядами наблюдений, однозначно указывает на несколько более высокий температурный фон, возникший после образования водохранилища. Табл. 12, приведенная ниже, иллюстрирует эту тенденцию.
Повышение температуры воздуха в период после создания Волгоградского водохранилища прослеживается и по изменениям средних месячных температур. Используя те же данные можно отметить, что больше всего повысились средние температуры апреля (Маркс, изменение +1,5С; Золотое,+1,1С; Камышин, +0,7С; Волгоград, +1,1С), а также - ноября (Маркс, +2,0С; Золотое, +2,2С; Камышин, +1,7С; Волгоград, +1,8С).
Ниже приводится еще одна таблица, характеризующая особенности формирования температурного режима воздушной массы над акваторией озерного участка водохранилища. Табл. 13 составлена по данным наблюдений на рейдовой вертикали № 1 (приплотинный участок Волжской ГЭС, середина), полученным автором в период с середины 80-х по середину 90-х годов. Наблюдения вьшолнялись с борта судна ежедекадно в месяцы, свободные ото льда (май - ноябрь). Как видно из таблицы, во все месяцы наблюдений температуры воздуха над акваторией водохранилища оказались выше соответствующих температур на сухопутной станции: в среднем это превышение
Дата осеннего перехода температуры воздуха через 0С в период, предшествующий созданию Волгоградского водохранилища (А.Я.Мыльникова [33, С. 14], колебалась на берегах Волги (Маркс - Волгоград) с 6 по 25 ноября; весенний переход наблюдался в период с 27.03 по 01.04. После образования водохранилища осенний переход через 0С сдвинут на более поздние сроки (19.11-05.12), а весенний - на более ранние (21-25.03).
С температурным режимом тесно связан режим влажности атмосферного воздуха. А.Я.Мыльникова указывает (1976), что средняя годовая относительная влажность воздуха по всей территории водохранилища составляет 70%). При этом среднегодовая влажность почти неизменна на всем протяжении водохранилища с севера на юг. На всех без исключения пунктах наблюдения влажность максимальна в зимние месяцы (83-85%о); с таянием снегового покрова и ростом температуры воздуха она уменьшается до 52-57% в июле и августе. Н.С.Темникова (1964) на основании массива наблюдений по пункту Волгоград в период до создания Волжской ГЭС, характеризуя годовой ход относительной влажности в 13 ч, в качестве экстремумов приводит значения 85%о (декабрь) и 39% (август) [230, С.74]; последняя величина предполагает наличие смягчения фактора континентальности с созданием Волгоградского водохранилища. Однако, ряды данных по периодам наблюдений влажности воздуха до и после создания ГЭС, приведенные А.Я.Мыльниковой, не подтверждают этой тенденции. Последняя считает, что разница во влажности над сушей и акваторией водохранилища нивелируется на расстоянии около 1 км от последнего [33, С.16].
Течения на озерном участке Волгоградского водохранилища
Качественные изменения с созданием Волжской ГЭС претерпел режим течений Волги: градиент сил тяготения, выраженный уклоном водной поверхности, перестал быть единственным определяющим фактором; появились новые факторы формирования течений, свойственные водному объекту озерного типа.
Характеризуя режим течений Нижней Волги до ее реконструкции, А.С.Степницкая и Н.Г.Арнштам (1934) отмечают, что уклоны Волги ниже впадения Камы незначительны и не имеют резких переломов. Средний уклон реки между устьем Б.Иргиза и Дубовкой данные авторы определяют равным 0,038%о, а между Дубовкой и устьем Волги 0,023%о [161, С.158]. При этом русловые скорости течения Волги на гидростворе у Дубовки характеризуются ими следующими данными: средняя многолетняя скорость в живом сечении 0,85 м/с; средняя поверхностная скорость 1,28 м/с; максимум средней скорости живого сечения 1,65 м/с; максимум поверхностной скорости 2,47 м/с; низшая средняя скорость живого сечения 0,51 м/с; низшая скорость течения на поверхности реки 0,75 м/с [там же, С. 164,165]. По данным А.С.Аксамитного (1929) интервал средних скоростей течения в русле Волги между Саратовом и Дубовкой составлял 0,45-1,66 м/с [191, С.31]. Сведений о режиме течений в пойменных водотоках не имеется.
Недостаток информации могут восполнить современные исследования гидродинамики Волго-Ахтубинской поймы (2001-04), осуществляемые НИИ РПХС ВолГУ и администрацией Природного парка «Волго-Ахтубинская пойма» при непосредственном участии и методическом руководстве автора настоящей работы; результаты наблюдений приведены в ряде публикаций [98,176,244,246]. Наблюдения на поперечном профиле поймы г.Ленинск - с.Покровка в период половодья 2001 г. (среднесуточный суммарный расход воды в долине 28 тыс.м/с) показали, что пойменная часть долины принимает 3,0% общего стока (9,0% вместе с рукавом Ахтуба). При этом скорости течения водотоков поймы колеблются в широких пределах. Так, средняя скорость течения крупнейшего из водотоков (рук.Ахтуба) немногим уступает Волге и составляет 1,10 м/с; максимальная скорость достигает 2,26 м/с. На ериках с хорошими условиями проточности аналогичные характеристики составляют, соответственно, 0,41-0,54 и 0,71-0,98 м/с (Поршневка, Боярский, Новая Ахтуба); на менее проточных водотоках -0-0,59 м/с (Лемяшиха, Беляев, Дубок, Огибной). Наблюдения на том же профиле поймы при понижении суммарного стока воды в волжской долине выявили прогрессирующее сокращение доли поймы в общем стоке долины при заметном снижении скоростей течения водотоков.
Важной тенденцией течений поймы является увеличение рассеивания и косоструйности потоков. При совокупном среднесуточном расходе воды долины 28 тыс. м /с угол рассеивания течений на хорошо проточных водотоках составлял 20-65 (Ахтуба, Новая Ахтуба, Боярский, Поршневка), а на менее проточных уменьшался. На ряде ериков отмечено наличие поперечно и обратно направленных струй; предельная косоструйность течений достигала на ер.Калинов 99, а на ерике Булгаков 158. В совокупности указанные признаки течений поймы приближают их к озерным условиям. Комплекс течений поймы в период половодья можно уверенно отнести к переходному озерно-речному типу. Тот же комплекс в период межени переходит преимущественно в озерный тип.
С подъемом уровня воды Волги после сооружения Волжской ГЭС и значительным увеличением живых сечений потока резко уменьшились уклоны водной поверхности. Используя данные А.С.Степницкой (1934) [161, С. 159] и
Б.И.Ушакова (1976) [33, С.18-22], не сложно определить, что уклоны поверхности воды на приплотинном участке водохранилища в период половодья уменьшились в 9-32 раза, а в меженные периоды - в 33-77 раз (!). Изменение средних уклонов помесячно иллюстрирует график на рис. 2.9 в приложении 2.
Изменение режима течений в различной степени коснулось отдельных участков современного водохранилища (см. график на рис. 2.10 в приложении 2). Причиной различий является неоднородность высоты подъема воды с созданием подпора и, как следствие, неоднородность изменения сечений и уклонов. Наиболее заметно снижение скорости течения на нижнем участке.
В то же время, скорости течения на озерном участке водохранилища не вполне отвечают существенным увеличению сечений и уменьшению уклонов. Расчет средних скоростей течения Волгоградского водохранилища на основе данных о средних расходах воды и среднем сечении водоема дает величину 0,13 м/с (0,03-0,40 м/с в диапазоне отмеченных за 40 лет экстремумов расходов воды). Однако, наблюдения выявляют более высокую динамику вод, и в первую очередь - в озерной части. Причем, повышенный скоростной фон часто характерен для прибрежных вертикалей (см. графики на рис. 2.11 и 2.12 в приложении 2). Статистические выборки из материалов наблюдений, выполненных при участии автора, позволяют получить средние скорости течений на ряде вертикалей озерного участка водохранилища (см. табл. 22).
Как видно из табл. 22, средние многолетние скорости течений у правого берега в основном превышают ожидаемые аналоговые скорости в 1,7-2,7 раза и лишь у плотины Волжской ГЭС этот показатель снижается до 1,1-1,2. У левого берега средние скорости превышают ожидаемые стоковые скорости на 21-35% с уменьшением показателя к плотине до 2-5%. Максимальные скорости течения в зоне правого берега превышают ожидаемые в 1,5-1,9 раза с понижением показателя к плотине до ожидаемой нормы; у левого берега показатель достигает 1,25.
Данные табл. 22 подтверждают тезис об утере гравитационными силами абсолютного приоритета в формировании течений с созданием водохранилища. В настоящее время комплекс течений здесь формируется при активном участии других сил и факторов: ветро-волновых, градиентных, инерционных и т.д. Важным фактором
Заиление
При постановке вопроса о масштабах и темпах заиления конкретного водохранилища первоочередной задачей следует считать задачу по определению объемов поступления и потери наносов в конкретных гидролого-геоморфологических условиях, т.е. - баланса наносов. Наиболее сложно определение приходной составляющей. Как указано выше, источниками материала заиления водохранилищ являются переформирование берегов, речной сток наносов и перенос частиц грунта (продуктов дефляции) ветром.
Обратимся вновь к вопросу о продуктивности переформирования берегов Волгоградского водохранилища, рассмотренному в Разделе 6.1. Данные этой части диссертационного исследования характеризуют главные пространственно-временные характеристики абразии в пределах озерного участка. Используя эти данные и характеристики, опираясь на типологию берегов Волгоградского водохранилища, предложенную Ф.С.Зубенко (1964) [80], выполним экстраполяцию результатов исследований береговых деформаций на отдельных УПБ в 1958-2000 гг. на всю береговую линию нижней (подвергающейся абразии) части водохранилища с целью определения общего объема сработай склонов.
Однако, прежде следует решить вопрос об общей протяженности береговой линии озерного участка к моменту его наполнения. Для решения данного вопроса автор использовал планшеты топографических карт масштаба 1:100 000 издания 1960-61 гг. Для измерения длины береговой линии использован метод Ю.М.Шокальского. Результаты картометрических исследований дали следующие итоги.
Общая протяженность береговой линии озерной части Волгоградского водохранилища к моменту его заполнения (1961 г) составила 1996 км. Длина основной линии левого берега, сложенной рыхлыми осадочными материалами и наиболее подверженной разрушению, достигала 348,9 км (17,5%). Основная линия правого берега, сложенного в основном плотными полускальными породами и более устойчивая к размыву составила 302,1 км (15,1%). Основная береговая линия островов, обладающая широким спектром условий размыва, составляла 357,2 км (17,9%). Но основную долю общей береговой линии составили заливы (включая эстуарии притоков): 987,5 км (49,5%).
Анализ деформаций по 18 участкам и 48 створам, приуроченным к основным типам берегов, позволил определить общий объем разрушения склонов водохранилища в 1958-2000 гг. (см. табл. 35). Объем размыва за истекший период составил 0,4 км (свыше 960 млн.т) или 1,3% объема водохранилища.
Береговая линия заливов отнесена в таблице к соответствующим зонам. Собственный объем размыва в 1958-2000 гг. составил здесь 0,078 км3 (19,4%).
Попутно отметим, что не меньший интерес представляет и вопрос о потере прибрежных территорий при отступлении береговых бровок. Данные табл. 36 характеризуют процесс по основным зонам берега, а данные дополняющей ее табл. 37 содержат аналогичные сведения применительно к административному делению берегов водохранилища в зоне реальной абразии (Волгоградская и Саратовская области).
В завершение вопроса об оценке результатов деятельности абразии на Волгоградском водохранилище необходимо отметить, что процесс не ограничивается уничтожением прибрежной полосы; другие его проявления - спрямление береговой линии и отчленение отдельных заливов. И в том, и в другом случаях это приводит к сокращению протяженности берегов. По материалам наблюдений на многих отечественных водохранилищах, искомое сокращение превышает 30% первоначальной длины. ЛК.Малик в публикации о геоморфологических процессах на современных водохранилищах России (2003) даже приводит общую протяженность береговой линии основных водохранилищ в графической интерпретации (в том числе для Волгоградского: около 1400 км). Длина абразионных берегов, согласно данному автору, составляет на Волгоградском водохранилище примерно 1050 км [129, С.30]. Однако, эти данные вызывают ряд сомнений. Поэтому, учитывая отсутствие у автора диссертационного исследования специальных проработок вопроса по современным топографическим картам, следует предположить, что протяженность береговой линии озерного участка водохранилища сократилась после завершения наиболее активной стадии процесса примерно на треть. То есть, необходимо предполагать, соответственно, и возможность пропорциональных изменений величин, приведенных в табл. 35,36и37. К примеру, нужно предположить, что объем разрушений береговых склонов в 1958-2000 гг. составил не 0,402, а 0,27 км3.
Второй источник материала для заиления водохранилищ - наносы, выносимыепритоками с водосборных бассейнов («твердый сток рек»). Для оценки объемов твердого стка притоков Волгоградского водохранилища воспользуемся данными гл. 4 настоящего исследования. Оценочные расчеты указывают, что суммарный годовой сток наносов с бассейна водосбора водохранилища составляет около 2,36 млн.т или 891 тыс.м3. Суммарный твердый сток периода 1959-2000 гг, таким образом, может быть оценен величиной 0,037 км3.
Анализируя результаты расчета стока наносов по притокам, необходимо помнить, что далеко не весь объем наносов поступает в водохранилище. Подъем уровней воды привел к распространению подпора в русла притоков, что дало толчок формированию новых устьевых форм и новой схеме седиментации наносов.
