Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Введение

Российская Федерация из-за своих больших размеров сталкивается с различными региональными водными проблемами [1]. В последние десятилетия водные ресурсы во многих районах европейской части России увеличились, но таяние ледников сказывается на водных ресурсах, главным образом крупных рек [2; 3; 4, с. 405].

Бассейн реки Баксан является мощным очагом оледенения на Большом Кавказе, около 70% которого расположено на высоте более 1000 метров. Водосборный бассейн реки Баксан граничит с бассейнами рек Малка на севере и северо-западе, с р. Риони и р. Ингури на юге, с р. Кубань на юго-западе, с р. Урух, р. Лескен и р. Аргудан на востоке. Наиболее крупными из притоков р. Баксан являются р. Черек и р. Чегем, которые стекают с ледников северного склона Центрального Кавказа. Река Баксан берет начало в ледниковом гроте ледника Большой Азау, 8 км к северо-западу от с. Терскол на высоте 2480 м на южном склоне г. Эльбрус, и до впадения в р. Донгуз-Орун (7 км от истока) она называется р. Азау. Гидрографические характеристики водосборного бассейна реки Баксан представлены в таблице 1.

Таблица 1

Гидрографические сведения о водосборном бассейне р. Баксан

Годовой ход уровня воды р. Баксан характеризуется сравнительно низкой зимней меженью и продолжительным половодьем в тёплую часть года. Кроме того, отмечается значительное число паводков в период половодья. В верховьях реки Баксан половодье длится около 5 месяцев и до 6-7 месяцев в нижнем течении. В июле – августе на реке Баксан отмечаются наибольшие среднемесячные расходы воды, а в январе – феврале наименьшие. Около 60-70% годового объёма стока проходит за тёплый период, 12-16% приходится на долю осеннего стока, и не более 8-14% – зимний сток. Питание верховьев реки Баксан осуществляется в основном за счет ледниковых и подземных источников. Источники питания изменяются вниз по течению, происходит увеличение дождевого, с 8,3 до 18,2%, а ледниковое питание уменьшается до 11,5% у села Заюково [5, с. 63].

В настоящее время обращает на себя внимание деградация ледников в горных реках. По мере таяния ледников сток воды в реках с ледниковым питанием увеличивается, однако этот вопрос достаточно не изучен и остаётся дискуссионным.

Цель исследования – анализ многолетней изменчивости стока воды и суммы ионов в реке Баксан, а также оценка влияния температуры воздуха и осадков на формирование речного стока.

Материалы и методы исследований

Изменение водности горных рек рассматривалось на примере реки Баксан и было изучено с использованием многолетних данных с гидрологического поста р. Баксан – с. Заюково и метеорологической станции Терскол. Гидрометеорологические данные были представлены ФГБУ «Северо-Кавказское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Статистическая обработка данных проведена с помощью стандартного пакета Excel.

Согласно данным источника «Водные ресурсы России и их использование» [6] многолетние колебания речного стока связаны с климатическими ритмами. Потепление климата и таяние ледников приводят к увеличению стока воды в реках. В настоящее время обсуждается и остается недостаточно изученным вопрос влияния таяния ледников на сток воды горных рек. В целом, таяние ледников увеличивает расход воды в горных реках, питаемых ледниками, наблюдается увеличение стока воды, но после исчезновения ледника сток реки уменьшается. Тенденции изменения климата также оспариваются исследователями, причем одни рассматривают их как глобальные и направленные, в то время как другие считают их циклическими [7; 8].

Гидрологический режим рек зависит от количества осадков и температуры воздуха [9, с. 169; 10]. Водный режим и источники питания рек можно охарактеризовать с помощью классификации В.Л. Шульца, которая основана на соотношении объемов стока за периоды с июля по сентябрь и с марта по июнь (коэффициент δ). На основании коэффициента В.Л. Шульца реки подразделяются на четыре типа:

1) ледниково-снегового (δ≥1,0);

2) снего-ледникового (0,26≤δ≤0,99);

3) снегового (0,18≤δ≤0,25);

4) снего-дождевого (0,001≤δ≤0,17) питания [11; 12, с. 11-16].

Результаты исследования и их обсуждение

Среднегодовые значения температуры воздуха изменялись от 1,4 до 4,5 ºС с 1967 по 2022 г., значительное увеличение наблюдается с 1990 г. с разницей от 1,9 до 3,1 ºС. В 1992 г. наблюдалась минимальная среднегодовая температура за рассматриваемый период, максимальная – в 2010 г. (рис. 1а). Изменение среднегодовой температуры с 1967 по 2022 г. имеет положительный тренд и увеличивается на 0,02 ºС, то есть за исследуемый период среднегодовая температура воздуха увеличилась на 1,1 ºС.

В период с 1967 по 2022 год годовое количество осадков варьировалось от 696 до 1425 мм. Количество атмосферных осадков за период с 1967 г. по 2022 г. увеличилось почти на 50 мм (рис. 1б). Таким образом, на метеостанции Терскол в последние годы наблюдаются климатические изменения, которые характеризуются в первую очередь повышением температуры воздуха.

Рис. 1. Изменение многолетних значений среднегодовой температуры воздуха (а) и многолетней годовой суммы осадков (б) в 1967 – 2022 гг. по метеорологической станции Терскол

Рис. 2. Изменение многолетних значений среднегодового расхода воды и среднемноголетнего расхода воды в период с 1967 по 2022 г. р. Баксан – с. Заюково

Среднегодовые расходы воды для р. Баксан – с. Заюково с 1967 по 2022 г. изменялись от 27,1 до 48,5 м3/с. Максимальное значение расхода воды характерно для 2002 г. и равно 48,5 м3/с, также повторяемость многоводных лет увеличивается с 2000 г. Кроме того, стоит отметить и то, что разница между минимальными и максимальными расходами воды увеличивается после 2000 г. (рис. 2).

В целом, сток р. Баксан – с. Заюково за исследуемый период (1967 – 2022 гг.) имеет положительную тенденцию и увеличился почти на 2 м3/с, что подтверждается уравнением тренда, имеющим следующий вид: y = 0,03x – 21,4.

Рис. 3. Изменение коэффициента δ-показателя типа питания рек, рассчитанного по классификации В.Л. Шульца для р. Баксан – с. Заюково

Гидрологический режим рек Центрального Кавказа зависит от типа их питания. Наиболее широко используемым методом характеристики водного режима и питания для ледниковых рек является классификация В.Л. Шульца, которая основана на соотношении объемов стока в период с июля по сентябрь и с марта по июнь.

За период наблюдений с 1967 по 2022 г. р. Баксан – с. Заюково определен коэффициент δ ≥ 1,0, таким образом, полученный результат говорит о том, что тип питания реки в соответствии с классификацией В.Л. Шульца характеризуется как ледниково-снеговое питание, за исключением 5 лет (1980, 1990, 2005, 2006 и 2019 гг.), когда тип питания можно охарактеризовать как снегово-ледниковое (0,26 ≤ δ ≤ 0,99) (рис. 3).

Кроме того, в работе было проведено сравнение изменений температуры воздуха и осадков по метеостанции Терскол и расходов воды на гидрологическом посту р. Баксан – с. Заюково до и после 1990 г. После 1990 г., по данным метеостанции Терскол, наблюдается повышение температуры воздуха в теплое время года с апреля по октябрь (рис. 4а), сумма осадков увеличилась в январе – апреле, в июле и в сентябре – октябре (рис. 4б). Для внутригодового распределения стока после 1990 г. проявляются следующие изменения: на пике (июнь, июль) и спаде (сентябрь, октябрь) половодья характерно повышение стока воды в р. Баксан – с. Заюково, для мая и августа – уменьшение (рис. 4в).

Климатические изменения оказывают влияние как на изменения гидрологических характеристик, так и на гидрохимический режим рек. В таблице 2 приведены данные изменения суммы ионов в зависимости от фазы водного режима и в разные периоды наблюдений. В литературе самые ранние данные по наблюдению ионного состава р. Баксан – с. Заюково представлены за 1970-е годы [13, с. 318]. В работе был проведен сравнительный анализ изменения суммы ионов в 1970 – 1972 гг. с современными данными за 2020 – 2022 гг., полученными сотрудниками испытательного лабораторного цента ФГБУ «Высокогорный геофизический институт». В результате анализа выявлено, что в настоящее время как в меженный период, так и в период половодья в воде р. Баксан – с. Заюково сумма ионов уменьшилась более чем в 1,5 раза за 2020 – 2022 гг. по сравнению с 1970 – 1972 гг. (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика изменения суммы ионов в воде р. Баксан – с. Заюково в разные фазы водного режима в 1970 – 1972 гг. и в 2020 – 2022 гг.

Рис. 4. Изменения внутригодового распределения температуры воздуха (а), суммы осадков (б) по данным метеорологической станции Терскол и расходов воды (в) по данным гидрологического поста на р. Баксан – с. Заюково

Выводы

Проанализировав данные по метеостанции Терскол (температура воздуха и сумма осадков) с 1967 по 2022 г., гидрологического режима (расход воды) и гидрохимических (суммы ионов) изменений в воде р. Баксан – с. Заюково, авторы пришли к следующим выводам:

• на 1,1 °С наблюдается повышение температуры воздуха за последние 55 лет;

• количество атмосферных осадков на протяжении всего наблюдаемого периода увеличилось более чем на 50 мм;

• сток реки имеет положительную тенденцию, и увеличился почти на 2 м3/с;

• во внутригодовом распределении стока тоже происходят изменения (рис. 4);

• в настоящее время как в меженный период, так и в период половодья наблюдается уменьшение суммы ионов в воде р. Баксан – с. Заюково более чем в 1,5 раза за 2020 – 2022 гг. по сравнению с 1970 – 1972 гг.

На реках Центрального Кавказа гидрологический режим формируется в зависимости от типа питания рек. За период наблюдений с 1967 по 2022 г. р. Баксан в соответствии с классификацией В.Л. Шульца имеет ледниково-снеговое питание (δ ≥ 1,0), за исключением 5 лет (1980, 1990, 2005, 2006 и 2019 гг.), когда тип питания можно охарактеризовать как снегово-ледниковое (0,26 ≤ δ ≤ 0,99). Результаты исследования показывают, что увеличение среднегодовых температур и суммы годовых осадков после 1990 г. приводит к изменению внутригодового распределения стока.