Минимальный месячный приток воды к Колымскому каскаду ГЭС в летне-осенний период в эпоху глобального потепления
Автор: Ушаков М.В.
Журнал: Общество. Среда. Развитие (Terra Humana) @terra-humana
Рубрика: Природная среда
Статья в выпуске: 3 (72), 2024 года.
Бесплатный доступ
Цель работы - определить, какие климатические изменения будут соответствовать минимальным месячным притокам воды к каскаду ГЭС на р. Колыме в летне-осенний период к концу XXI века. Многолетние ряды притока воды к водохранилищам содержат статистически значимые положительные тренды. На основе корреляционных связей скользящих 30-летних средних величин притока и среднегодовой температуры воздуха получены формулы, по которым были рассчитаны экстремально низкие значения месячного притока на конец нынешнего века при различных сценариях потепления климата. Так, при повышении среднегодовой температуры воздуха на 2ºC минимальные месячные значения притока вероятностью превышения 99% увеличатся на 23,8-39,2%. Информация о такой трансформации режима минимального стока облегчит управление каскадом ГЭС в экстремально маловодные годы.
Потепление климата, приток воды к водохранилищу, тренды
Короткий адрес: https://sciup.org/140307809
IDR: 140307809 | DOI: 10.53115/19975996_2024_03_157_160
Текст научной статьи Минимальный месячный приток воды к Колымскому каскаду ГЭС в летне-осенний период в эпоху глобального потепления
В настоящее время наблюдается процесс глобального потепления климата [18], который сказывается и на гидрологическом режиме рек [1; 5; 9; 13; 14; 16; 17]. В работе [10] установлено, что за последние 30 лет величины притока воды в Колымское водохранилище в мае, августе и сентябре выросли на 37, 31 и 38% соответственно. Благодаря тому, что весеннее половодье стало начинаться раньше, произошло увеличение речного стока Верхней Колымы в мае и уменьшение его в июне-июле [12].
На р. Колыме функционирует два водохранилища для выработки электроэнергии на Колымской ГЭС и на Усть-Среднеканской ГЭС (табл. 1).
В настоящей работе ставится цель определить, какие климатические изменения произойдут с минимальным месячным притоком воды к каскаду ГЭС на р. Колыме к концу нынешнего века при различных сценариях потепления климата.
Таблица 1
Характеристики водохранилищ Колымского каскада ГЭС [11]
|
Площадь водосбора, км2 |
Расстояние от устья, км |
Полный объем, км3 |
Средний напор, м |
|
Водохранилище Колымской ГЭС (Колымское водохранилище) |
|||
|
61500 |
1850 |
14,4 |
112 |
|
Водохранилище Усть-Среднеканской ГЭС (Усть-Среднеканское водохранилище) |
|||
|
3760 |
1677 |
5,44 |
55,0 |
Климат Колымского бассейна резко континентальный с холодной зимой и сравнительно теплым летом [7]. Территория расположена к зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты [2].
Среда обитания
Весеннее половодье на реках Верхней Колымы проходит в мае-июне, летнеосенняя межень наблюдается в июле-сентябре, обычно прерывается двумя-тремя дождевыми паводками [6]. С октября по апрель реки покрыты ледяным покровом – зимняя межень.
Материалы и методы
Многолетние ряды месячного притока воды к водохранилищу Колымской ГЭС и месячного бокового притока к водохранилищу Усть-Среднеканской ГЭС были предоставлены Колымским управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. При помощи этих данных были сформированы ряды минимального месячного притока воды в летне-осенний период. Статистические параметры рядов рассчитывались методом моментов с введением с соответствующих поправок на смещение оценок в соответствии с [8] (табл. 2). Эмпирические кривые обеспеченности аппроксимированы аналитической кривой трехпараметрического гамма-распределения [4] (рис. 1).
Многолетние ряды температуры воздуха в пунктах Сусуман и Усть-Среднекан
Рис. 1. Аналитические кривые обеспеченности минимального месячного притока воды к водохранилищам Колымской ГЭС (Qm) и Усть-Среднеканской ГЭС (Lm) в летне- осенний период взяты на сайте Всероссийского научноисследовательского института гидрометеорологической информации–Мирового центра данных (ВНИИГМИ–МЦД) [3].
В работе ряды анализировались на наличие тренда, использовались низкочастотная фильтрация скользящей средней с окном 30 лет и регрессионный анализ.
Результаты и обсуждение
Согласно критерию Стьюдента на уровне 5% ряды минимального месячного притока воды к каскаду ГЭС в летне-осенний период неоднородны по среднему (см. табл. 2). Критерий Херста [15] подтвердил наличие положительного тренда. Дисперсия рядов со временем не изменилась.
Наиболее отчетливо тренды видны по кривым скользящих 30-летних средних (рис. 2). Так, например, норма минимального месячного притока в Колымское водохранилище, рассчитанная за 1991–2020 гг., возросла на 16,5% по сравнению с нормой за 1951–1980 гг. Эти тренды в колебаниях притока воды, в общем-то, согласуются с временным ходом скользящей 30-летней средней температурой воздуха, осреднен-ной по пунктам Сусуман, Усть-Среднекан (см. рис. 2). Нормы температуры и притока, начиная с 80-х годов прошлого века, начали постепенно расти.
Это видно и на графиках связи скользящих 30-летних средних минимального месячного притока в Колымское и бокового притока в Усть-Среднеканское водохранилища со средней годовой температурой воздуха (рис. 3).
r = 0,96, (1)
r = 0,98, (2)
где Qm 30, Lm 30 – скользящие 30-летние средние минимального месячного притока воды в Колымское водохранилище и бокового приток воды в Усть-Среднеканское водо-
Общество. Среда. Развитие № 3’2024
Таблица 2
Статистические характеристики рядов минимального месячного притока воды к Колымскому водохранилищу и бокового притока Усть-Среднеканскому водохранилищу
|
Водохранилище (площадь водосбора, км2) |
Длина ряда, лет |
Среднее, м3/с |
C v |
Cs/Cv |
r(l) |
Однородность ряда по критерию |
|
|
Стьюдента |
Фишера |
||||||
|
Колымское (61500) |
84 |
525 |
0,51 |
0,50 |
0,02 |
нет |
Да |
|
Усть-Среднеканское (37600*) |
84 |
402 |
0,39 |
3 |
0 |
нет |
Да |
Список литературы Минимальный месячный приток воды к Колымскому каскаду ГЭС в летне-осенний период в эпоху глобального потепления
- Гельфан А.Н., Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Григорьев В.Ю., Мотовилов Ю.Г., Гусев Е.М. Влияние изменения климата на годовой и максимальный сток рек России: оценка и прогноз // Фундаментальная и прикладная климатология. Т. 7. - 2021, № 1. - С. 36-79.
- Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / Под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Недра, 1989. - 515 с.
- Данные. Специализированные массивы // Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных. - Интернет-ресурс. Режим доступа: http://meteo.ru/data
- Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы управления водохозяйственными системами. - М.: Наука, 1982. - 271 с.
- Маргарян В.Г., Овчарук В.А., Голций М.В., Боровская Г.А. Сравнительный анализ и оценка многолетних колебаний максимального стока рек горных территорий Армении и Украины в условиях глобальных изменений климата // Устойчивое развитие горных территорий. - 2020, № 12(43). - С. 61-75.
- Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 19. Северо-Восток. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 282 с.
- Север Дальнего Востока / Под ред. Н. А. Шило. - М.: Наука, 1970. - 487 с.
- СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. - М.: Госстрой России, 2004. - 74 с.
- Ухов Н.В. Современный тепловой сток горных рек криолитозоны: геоэкологические особенности формирования на примере Верхней Колымы // Тихоокеанская география. 2023. - № 4. - С. 64-73.
- Ушаков М.В., Лебедева Л.С. Климатические изменения режима формирования притока воды в Колымское водохранилище // Научные Ведомости БелГУ. Естественные науки. Вып. 37. - 2016, № 25(246). - С. 120-127.
- Ушаков М.В. Методика долгосрочного прогноза притока воды к каскаду водохранилищ на реке Колыме на второй квартал // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Т. 4 (70) - 2018, № 2. - С. 269-280.
- Ушаков М.В. Характер климатических изменений внутригодового распределения стока Верхней Колымы // Общество, среда, развитие. - 2021,№ 2. - С. 86-89.
- Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Киреева М.Б., Агафонова С.А., Повалишникова Е.С. Антропогенные и климатически обусловленные изменения стока воды и ледовых явлений рек российской Арктики // Вопросы географии. Сборн. 145. Гидрологические изменения. - 2018. - С. 233-251.
- Gartsman B.I., Lupakov S.Yu. Effect of Climate Changes on the Maximal Runoff in the Amur Basin: Estimation Based on Dynamic-Stochastic Simulation. // Journal Water Resources. - 2017, № 44(5). - P. 697-706.
- Hurst H.E. Long-term storage capacity of reservoirs // Transactions of the American Society of Civil Engineers. - 1951, v. 116. - P. 770-808.
- Makarieva O., Nesterova N., Post D.A., Sherstyukov A., Lebedeva L. Warming temperatures are impacting the hydrometeorological regime of Russian rivers in the zone of continuous permafrost // The Cryosphere. -2019, № 13. - P. 1635-1659.
- Shiklomanov A.I., Lammers R.B., Lettenmaier D.P., Polischuk Yu.M., Savichev O.G., Smith L.C., Chernokulsky A.V. Hydrological Changes: Historical Analysis, Contemporary Status, and Future Projections // Regional Environmental Changes in Siberia and Their Global Consequences. - 2012, 01 January. - P. 111-154. - Интернет-ресурс. Режим доступа: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-4569-8_4
- WMO statement on the status of the global climate in 2015 // WMO. № 1167. - Geneva: Publications Board World Meteorological Organization, 2016. - 26 p.
