1 Числитель — данные за 1942—1955 гг., знаменатель — за 1956—1969 гг. 2 Данные за 1941— 1967 гг. 3 Данные за 1968—1987 гг. Прочерк означает отсутствие данных.

многолетние изменения средних годовых расходов воды реки (рис. 6.1, а)', 3) проводят «сглаживание» колебаний стока путем 5- или 6-летнего скользящего осреднения (рис. 6.7, а); 4) строят так называемую нормированную разностную интегральную кривую годового стока (НРИК) (рис. 6.7, б). НРИК строят путем последо­вательного суммирования нормированных отклонений средних го­довых расходов воды от осредненного за период наблюдений Q

1 t t

(«нормы»): — ^(Q -Q) = ^(Kj -1), где модульный коэффициент

Q /=I (=i

К, НРИК позволяет легко выделить периоды, когда сток реки Q

увеличивался или уменьшался, был больше или меньше «нормы». Используют также другие статистические методы (спектральный и автокорреляционный анализы для выделения циклов в колебаниях водности реки и др.)

При анализе многолетних колебаний водности рек следует раз­личать естественную и антропогенную изменчивость. Первая из них обусловлена лишь климатическими факторами, вторая — искусствен­ным изменением стока (забором вод на хозяйственные нужды, безвозвратными потерями стока, сопутствующими преобразованию режима рек, например, после создания водохранилищ).

Наиболее показательны многолетние изменения стока воды Волги (рис. 6.7, табл. 6.2). Последние исследования показали, что в ко­лебания водности Волги главный вклад вносит климатический фак­тор. Несмотря на существенные безвозвратные потери стока в бас­сейне Волги (табл. 6.3), вызванные водозабором на хозяйственные нужды и испарением с водохранилищ Волжско-Камского каскада (см. гл. 8), естественные климатические изменения стока «перекры­ли» антропогенные. Особенно это стало заметно в последние деся­тилетия, когда сток Волги заметно увеличился. О возможных при­чинах этого (изменение характера циркуляции атмосферы, увеличе­ние роли «атлантических» циклонов и смещение их траекторий к югу, сопутствующее увеличению осадков, и др.) говорилось в гл. 3. В многолетних колебаниях стока Волги (см. рис. 6.7) хорошо про­слеживается периодичность, обусловленная в основном климати­ческими причинами. Так, многоводными были 80-е годы XIX в. и 20-е годы XX в. (самым многоводным за весь период наблюдений был 1926 г., когда годовой сток Волги составил 368 км³, в 1,5 раза больше среднего многолетнего); следующими по водности были 1928 и 1994 г. (342 и 339 км³). Наиболее маловодными были 30-е и 70-е гг. XX в. Наименьший сток отмечался в 1921 и 1973 г. (149 и 163 км³).

Если водность различных рек изменяется одновременно в од­ном и том же направлении, то говорят о синхронности колебаний их Шока. Обычно синхронно изменяется водность тех рек, которые находятся в сходных физико-географических условиях и расположены

ЦК-1)

д

Q, М³/с

* По И. А. Шикломанову.

более или менее близко друг от друга. Так, в целом синхронно колеблется водность рек юга Европейской части (Дона, Кубани, Волги) и рек севера Европейской части России (Печоры, Северной Двины). В то же время встречаются случаи и несовпадения харак­тера изменения водности у разных рек. В этом случае говорят об асинхронности колебаний их стока. Так, часто асинхронно (и да­же в противофазе) изменяется сток рек Европейской части России и Восточной Сибири. Периодам повышенного естественного стока на Волге, например, нередко соответствуют периоды пониженного стока на Енисее и Лене, и наоборот.

Повышенный сток воды многих европейских рек отмечался в 40- е годы прошлого века. Естественное маловодье в 50—70-е годы было, несомненно, усилено влиянием антропогенного фактора — значительными потерями стока на заполнение водохранилищ и изъ­ятием вод на орошение (табл. 6.3). Заметное возрастание стока Волги в 1980—90-х гг. было обусловлено прежде всего увеличением атмосферных осадков (в этот период очень многоводными были 1990, 1991 и особенно 1994 гг.

Совмещение на рис. 6.7 графиков изменения стока Волги и ко­лебаний уровня Каспийского моря убедительно показывают, что главная причина в колебаниях уровня Каспия — изменения стока Волги (это положение, подтвержденное анализом изменения вод­ного баланса Каспия, будет рассмотрено в гл. 7).

Интересно отметить, что прогнозируемое на 2000 г. антропоген­ное сокращение стока Волги не подтвердилось. Фактические еже­годные потери стока, обусловленные хозяйственной деятельностью в бассейне Волги, составили не 36, а всего, по данным А. Б. Ава- кяна и А. Е. Асарина, 20—24 км³. Это было обусловлено тем, что прогнозы темпов развития водопотребляющих отраслей хозяйства (в основном орошаемого земледелия) и объемов водопотребления оказались ошибочными; более того, из-за спада как промышленно­го, так и сельскохозяйственного производства в 90-е гг. XX в. объемы водозабора в бассейне Волги уменьшились. Таким образом, заметное увеличение стока Волги в последние 20—25 лет имеют под собой как климатическую (она основная), так и антропогенную причину.

Аналогичные многолетние изменения водности отмечены и у ряда других крупных рек Европы — Дуная, Дона, Кубани (см. табл. 6.2). С одной стороны, последние десятилетия оказались весьма много­водными (вследствие увеличения осадков), с другой — в связи с эко­номическими причинами несколько сократился объем водозабора. Например, уменьшение стока рек Кубани и Куры, обусловленное хозяйственной деятельностью, составило в 2000 г. не 7,3 и 6,8 км³/год соответственно (см. табл. 6.3), а всего 4,3 и около 4 км³/год.

В результате сток таких рек, как Дунай и Кубань, в последние десятилетия оказался заметно больше, чем раньше.

Несколько возрос в последние десятилетия и сток сибирских рек (Оби и Енисея) (см. табл. 6.2).

По оценкам И. А. Шикломанова и В. Ю. Георгиевского (2003, 2004), в последние 20—25 лет помимо Волги (сток в северной и северо-восточной частях ее бассейна возрос почти на 30 %) и крупнейших рек Сибири увеличился сток и у других рек Рос­сии. У многих рек (Волги, Дона, Днепра, Урала, Иртыша) суще­ственно — на 20—40 % — увеличился сток в летне-осенние и зим­ние месяцы. Причина таких изменений стока, как отмечалось выше,— возрастание атмосферных осадков и общей увлажненности территории.

В то же время антропогенное снижение стока двух главных рек Средней Азии — Амударьи и Сырдарьи — продолжилось. В этом случае прогностические оценки (см. -табл. 6.3) оказались бо­лее точными. Существенное сокращение стока Амударьи и Сыр­дарьи явилось основной причиной деградации Аральского моря (см. гл. 7).

Асинхронность в колебаниях водности рек разных регионов объясняется различием в процессах циркуляции атмосферы на больших и далеко отстоящих друг от друга территориях (например, нередки случаи, когда активизации циклонической деятельности над Европейской территорией России сопутствует установление антициклона над Сибирью, и наоборот).

Внутригодовые (сезонные) колебания водности рек обусловлены сезонными изменениями составляющих водного баланса речного бассейна. В течение года реки, находящиеся в разных географиче­ских зонах, испытывают различные чередования много- и маловод­ных периодов. Более подробно этот вид колебаний водности рек, изученный гидрологами наиболее детально, мы рассмотрим в разд. 6.7.2.

Кратковременные колебания водности рек могут быть прежде всего естественными и обусловленными как метеорологическими факто­рами (ливневые дожди, колебания температуры воздуха в леднико­вых районах), так и геологическими процессами (спуск вод ледни­ковых озер в результате прорыва морен на реках с ледниковым питанием, запруживание рек в результате горных обвалов и др.). Пример кратковременных колебаний водности рек приведен на рис. 4.6, а (резкие дождевые паводки). Резкий кратковременный паводок, обусловленный прорывом ледникового озера, показан на рис. 4.6, б.

Кратковременные колебания водности рек могут быть обуслов­лены и антропогенными факторами. К числу таких колебаний относятся попуски в нижние бьефы гидроузлов.

Когда говорят о колебаниях водности рек, то имеют в виду прежде всего изменения стока воды. При этом график изменения расхода воды (м³/с) в данном створе реки в течение года называют гидрографом реки. Однако одновременно с изменением стока воды в реках изменяются и другие характеристики, например скорость течения и уровень воды, т. е. высота поверхности воды в данном створе реки. В большинстве случаев колебания уровня воды следу­ют за колебаниями стока и ими определяются. Объясняется это существованием закономерных связей расходов и уровней воды в реках. Однако в некоторых случаях колебания уровней воды в реках могут быть не связанными с изменением стока, например при ледовых явлениях на реках, интенсивных процессах размыва дна или аккумуляции наносов, сгонно-нагонных и приливных яв­лениях в устьях рек. График изменения уровня воды во времени гидрографом называть нельзя.

Гидрологические наблюдения на реках обычно начинают с из­мерения уровней воды. Измерения проводят на реечных, свайных и автоматических (оборудованных самописцами уровня воды) гид­рологических (водомерных) постах.

Измерения скоростей течения ведут на реках в основном с по­мощью поплавков или специальных приборов (гидрометрических вертушек), регистрирующих число оборотов лопастного винта. В пос­ледние десятилетия для измерения скоростей течения стали также применять ультразвуковые установки, фиксирующие различие в рас­пространении ультразвука по течению и против него, и термогид­рометры, основанные на измерении теплообмена между потоком и чувствительным элементом.

Важной задачей гидрологов является измерение расходов воды в реках. Наиболее распространенный способ заключается в изме­рении скоростей течения с помощью гидрометрических вертушек на ряде вертикалей в потоке и площадей сечения между ними и называется «скорость — площадь».