Рус Eng За 365 дней одобрено статей: 2097,   статей на доработке: 266 отклонено статей: 908 
Библиотека
Статьи и журналы | Тарифы | Оплата | Ваш профиль

Вернуться к содержанию

Ледовый режим рек арктической зоны Западной Сибири в современных климатических условиях
Агафонова Светлана Андреевна

кандидат географических наук

научный сотрудник, Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова (МГУ)

119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1

Agafonova Svetlana

PhD in Geography

Research Fellow at Lomonosov Moscow State University 

119991, Russia, Moscow, ul. Leninskie Gory, 1

sv_andreevna@mail.ru
Аннотация. Представлены результаты гидрологического обобщения характеристик ледового режима рек арктической зоны Западной Сибири. Исследуемые реки (Надым, Пур, Таз, нижнее течение р. Обь и другие) протекают по низменной заболоченной равнине в зоне распространения многолетней мерзлоты, что определяет особенности их гидрологического режима. Рассмотрены ледовые условия организации судоходства и ледовых переправ на реках. Особое внимание уделено характеристикам уровенного режима в период с ледовыми явлениями, позволяющим оценить опасность ледовых наводнений. В качестве исходной информации использовались данные 40 гидрологических постов от начала наблюдений до 2014 г. Показаны закономерности пространственного распределения основных характеристик ледового режима, выраженные зависимостью средних значений от географической широты исследуемых участков рек. Рассмотрены региональные особенности условий нарастания толщины ледяного покрова в течение ледоставного периода. Выделены населенные пункты, подверженные затоплению в период с ледовыми явлениями.
Ключевые слова: ледовый режим рек, замерзание, вскрытие, толщина льда, ледовые наводнения, Арктика, Обь, Надым, Пур, Таз
DOI: 10.7256/2453-8922.2017.2.22649
Дата направления в редакцию: 10-04-2017

Дата рецензирования: 11-04-2017

Дата публикации: 24-06-2017

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Ученого Совета географического факультета МГУ.

Abstract. The paper contains the results of the hydrological generalization of the features of river ice regime of the Arctic zone of Western Siberia. The rivers under study (Nadym, Pur, Taz, the lower Ob and others) flow in swamped lowland in the area of permafrost, which defines the peculiarities of their hydrological conditions. The author studies the ice regime of navigation and ice crossing on these rivers. Special attention is given to the characteristics of the level regime in the period of ice phenomena, which helps define the danger of ice-related floods. The research is based on the data of 40 stage gauges from the start of measurements to 2014. The author demonstrates the patterns of special distribution of the main characteristics of the ice regime, determined by the dependence of average values on the geographic latitude of the studied areas. The author considers regional peculiarities of the conditions of ice level growth during the ice formation period and defines the floodable inhabited areas. 

Keywords: the Arctic, ice-related flood, ice thickness, ice break, freezing, river ice conditions, Ob, Nadym, Pur, Taz

Введение

Арктическая зона Западной Сибири представляет собой низменную заболоченную равнину, ограниченную Полярным Уралом на востоке и Сибирскими Увалами на юге. В административном отношении – Ямало-Ненецкий автономный округ.

Климат исследуемой территории характеризуется суровой продолжительной зимой и коротким прохладным влажным летом. Средняя годовая температура воздуха составляет от –5°С на юге территории до –11°С на севере. Переход температуры воздуха через 0°С в сторону отрицательных значений осенью наблюдается в третьей декаде сентября – начале октября, переход в сторону положительных значений весной – в конце мая – первой декаде июня. Средняя температура самого холодного месяца составляет от –22 до –28°С. Годовая сумма осадков – 300–500 мм, большая их часть выпадает в виде дождей в теплый период года. Устойчивый снежный покров образуется в начале октября, число дней со снежным покровом – 220–255 сут. Исследуемая территория расположена в зоне сплошного распространения многолетней мерзлоты. Широтная зональность ярко выражена: с севера на юг сменяют друг друга тундра, лесотундра и тайга, для склонов Полярного Урала характерна высотная поясность. [6, 9].

Реки исследуемой территории впадают в Обскую и Тазовскую губу Карского моря. Крупнейшие – Обь, Надым, Пур и Таз, средние – Сыня, Полуй, Щучья, Ныда и другие. В нижнем течении р. Обь ярко выражена пойменная многорукавность. Большая и Малая Обь соединяются многочисленными поперечными протоками, пойменные берега сложены песками и суглинками. Вершина дельты расположена ниже г. Салехард, два главных рукава дельты – Хаманельская и Надымская Обь также соединены многочисленными протоками. Истоки рр. Надым, Пур и Таз берут начало на склонах Сибирских Увалов и протекают преимущественно по ледниковой, а затем морской песчаной равнине. Болота занимают половину водосборных территорий рек Пур и Надым [11].

Водный режим исследуемых рек характеризуется весенне-летним половодьем, летне-осенней меженью, прерываемой дождевыми паводками и устойчивой продолжительной зимней меженью. Питание рек снеговое. Половодье начинается в среднем в первой половине мая. Зимняя межень продолжается с ноября по апрель [5, 8].

Транспортная инфраструктура исследуемой территории представлена автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным транспортом. Водным транспортом осуществляются как пассажирские, так и грузовые перевозки, функционируют паромные переправы [3]. По рекам ежегодно осуществляется северный завоз. В зимний период функционируют 4 автозимника. Сроки открытия зимников определяются не только погодными условиями, но и сроками образования устойчивого ледостава на малых реках. Крупные ледовые переправы обустраиваются на р. Обь в створе г. Салехард – г. Лабытнанги и на р. Надым в створе г. Надым.

Материалы и методы исследований

В качестве исходной информации были выбраны данные 40 гидрологических постов (рис. 1). Использован период от начала наблюдений до 2014 г. Собрана информация о сроках ледовых явлений (появления льда, установления ледостава, вскрытия и очищения ото льда), о продолжительности (периода с ледовыми явлениями, ледостава, осеннего и весеннего ледохода), о повторяемости заторов и перемерзания, о характере уровенного режима (максимальные уровни воды в период весеннего ледохода и образования заторов), а также об изменении толщины ледяного покрова в зимний период. Среди выбранных гидрологических постов для 10 створов площадь водосбора менее 5000 км2. на р. Обь расположены 9 постов, на реках бассейна р. Надым – 4 , р. Пур – 8, р. Таз – 6. Для описания особенностей режима рек Полярного Урала были выбраны 3 поста в верховьях рр. Собь и Щучья. Кроме того, использовались данные постов р. Се-Яха – пос. Сеяха на полуострове Ямал и р. Антипаюта Яха – пос. Антипаюта на Гыданском полуострове.

Для выяснения наличия у исследуемых рядов монотонного (возрастающего или убывающего) тренда использован непараметрический критерий тренда Спирмена [12]. Расчеты показали отсутствие статистически значимых изменений. Для 27 постов ряды характеристик ледового режима (прежде всего сроки ледовых явлений) приведены к периоду 1936–2014 гг. Пропуски и короткие ряды были восстановлены методом гидрологической аналогии с использованием информации по створам, расположенным на реках со схожими физико-географическими условиями и характеристиками водосборов.

_11

Рис. 1. Исследуемая территория

Характеристиками, позволяющими оценить опасность наводнений в период с ледовыми явлениями, могут служить повторяемость выхода воды на пойму в период весеннего ледохода (образование заторов), а также повторяемость лет, когда максимальный годовой уровень воды сопровождается ледовыми явлениями. Отметим, что выход воды на пойму не является опасным явлением – обводнение пойменных территорий необходимо для сельскохозяйственных районов. Важно разделять участки, где выход воды на пойму, в том числе в период с ледовыми явлениями, опасен и участки, где выход воды на пойму необходим и ущерба не приносит [10].

При организации судоходства и ледовых переправ наиболее проблемны два периода: 1) от появления льда осенью, когда навигация закрывается, до установления ледостава и устойчивых морозов, когда возможно строительство ледовой переправы; 2) от начала весенних ледовых процессов и закрытия ледовых переправ до очищения ото льда и открытия летней навигации. Первый период можно охарактеризовать продолжительностью периода замерзания, второй период – продолжительностью периода очищения. Для оценки ледовой опасности стоит также учитывать изменчивость сроков ледовых явлений. Для характеристики периода, когда возможна летняя навигация, т.е. река свободна ото льда, используется продолжительность физической навигации [1].

Результаты исследований и их обсуждение

Первый лед на реках исследуемой территории в виде заберегов и шуги появляется в среднем в первой половине октября: в первых числах месяца на реках полуострова Ямал и в низовьях р. Таз; к концу первой декаде на рр. Сыня, Надым и Пур. На р. Обь лед появляется несколько позже: 25 октября в районе пос. Горки, 17 октября в районе г. Салехард (рис. 2). Замерзание рек сопровождается осенним шугоходом, наиболее шугоносны рр. Собь, Щучья, Надым, Пур и Таз. Средняя продолжительность периода замерзания для большинства рек составляет около 7 сут., для р. Обь – около 15 сут. Кроме того несколько выше продолжительность замерзания на реках Полярного Урала (например, на р. Собь у пгт Харп – 20 сут.).

_21

Рис. 2. Средние сроки появления льда (Дпл) и установления ледостава (Длд)
по длине р. Обь (L, км – расстояние от устья)

Формирование ледяного покрова начинается с участков сужений, крутых поворотов русла и отмелей. Здесь происходит остановка и смерзание плывущих льдин. Сроки установления ледостава, как и сроки появления льда, имеют четкое пространственное распределение: в низовьях рр. Пур и Таз ледостав устанавливается в середине октября, в среднем и верхнем течении – во второй декаде октября, на реках Полярного Урала – к концу месяца, а на р. Обь – в конце октября – первых числах ноября (рис. 2). Среднеквадратическое отклонение осенних сроков ледовых явлений составляет 6–8 сут.

При установлении ледостава толщина ледяного покрова составляет от 2–5 см на малых реках до 15–20 см на больших реках с высокими скоростями течения. В первый месяц ледостава наблюдается наиболее интенсивное нарастание толщины ледяного покрова. К концу октября толщина льда в среднем достигает 15–20 см, толщина снега на льду 5–10 см. К концу ноября толщина снега на льду составляет в среднем около 15 см, а толщина ледяного покрова для створов южнее 66°с.ш. 30–35 см, для створов до 68°с.ш. – 35–40 см и до 50 см для низовья р. Таз и рек полуострова Ямал и Гыданского полуострова. Значения толщины льда к концу ноября 90% обеспеченности составляет 20–30 см. Несмотря на более поздние сроки установления ледостав на р. Обь к концу ноября значения толщины льда выравниваются и заметных отклонений от средних по широте значений не наблюдается (рис. 3а).

_31

Рис. 3. Пространственное изменение значений толщины льда на реках исследуемой территории:
а – к концу ноября, б – максимальные за период ледостава
(средн. – средние значения, 90 % - 90 % обеспеченности, 1% – 1 % обеспеченности).

Рост толщины ледяного покрова продолжается в течение практически всего периода ледостава. Резкое увеличение толщины льда в феврале–марте обычно связано с выходом воды на лед и образованием наслуда, в апреле – с оттепелями и смерзанием мокрого снега с ледяным покровом. Значительный рост толщины льда на малых реках часто обусловлен промерзанием до дна нижележащих участков и отсутствием течения в створе поста. На реках тундровой зоне более интенсивное нарастание толщины ледяного покрова связано с меньшими суммами осадков в зимний период и меньшими значениями толщины снега на льду, в отдельных случаях снега на льду не наблюдается вовсе. Максимальных значений толщина ледяного покрова достигает в апреле. Максимальные значения толщины снега на льду наблюдаются в марте и составляют для большинства створов 40–50 см, для рек тундровой зоны – около 30 см.

Максимальные значения толщины ледяного покрова в среднем достигают 1,0–1,5 м. Среднеквадратическое отклонение максимальной толщины ледяного покрова для большинства створов – около 15 см, для нижнего течения рр. Обь, Пур и Таз, а также для рек Полярного Урала – 20–25 см. Максимальная толщина льда 1% обеспеченности составляет 1,0–1,5 м для створов южнее 66°с.ш. и более 2,0 м для створов севернее 67°с.ш.

Реки исследуемой территории могут в отдельные годы промерзать до дна, например участки р. Щучья у д. Лаборовая и у д. Шучье промерзают на срок до 5 месяцев. Существуют сведения о перемерзании рек полуострова Ямал и Гыданского полуострова [2, 11, 13].

Средняя продолжительность ледостава на реках составляет от 210 до 250 сут. Для р. Обь продолжительность ледостава несколько ниже и в пределах исследуемого участка составляет от 190 до 215 сут. (рис. 4а).

_41

Рис. 4. Пространственное изменение продолжительности ледостава (а, Тлд, сут.) и периода с ледовыми явлениями (б, Тля, сут.). Красным выделены створы, расположенные на р. Обь.

Весенние процессы начинаются с таяния снега на льду и образования проталин. Талая вода просачивается в трещины ледяного покрова, разрушая его. На реках исследуемой территории вскрытие происходит под действием как механических, так и тепловых факторов. Вдоль более прогретых берегов образуются полосы, свободные ото льда (закраины). С ростом расходов воды ледяной покров отрывается от берегов, поднимается и продвигается вниз по течению. На малых реках со значительной толщиной льда и на промерзающих участках ледохода не наблюдается, вода размывает ледяной покров, лед тает на месте.

Весенний ледоход на р. Обь выше г. Салехард начинается в среднем во второй декаде мая (рис. 5), в третьей декаде мая вскрываются рр. Полуй, Щучья, верхнее и среднее течение рр. Пур и Таз, нижнее течение рр. Пур и Таз вскрывается в первой декаде июня. Из-за высокой заболоченности реки исследуемой территории имеют несколько затяжной характер вскрытия и лед к началу ледохода значительно теряет свою прочность [4, 7]. С этим связана невысокая продолжительность весеннего ледохода – 3–5 сут., несколько выше она на реках Полярного Урала (рр. Щучья и Собь – 7–10 сут.). В период прохождения весеннего ледохода в местах крутых поворотов, сужений русла, при наличии островов образуются заторы льда. Заторные подъемы уровней воды не превышают 1–2 м.

_51

Рис. 5. Средние сроки вскрытия (Двс) и очищения ото льда (Доч)
по длине р. Обь (L, км – расстояние от устья)

Весенний ледоход на реках проходит при высоких уровнях воды. Повторяемость выхода воды на пойму в период весеннего ледохода для средних и больших рек составляет 90–100 %. Максимальные годовые уровни воды для большинства рек территории наблюдаются в период весеннего половодья (в последних числах мая – начале июня). Для средних и больших рек (рр. Обь, Надым, Пур и Таз) максимальные годовые уровни воды в 80–90% случаев сопровождаются ледовыми явлениями, в остальных 10–20% случаев максимальные уровни наблюдаются в первую неделю после очищения ото льда.

Среди населенных пунктов, подверженных затоплению в период весеннего ледохода: пос. Горки, с. Мужи, г. Салехард, г. Надым, пгт Уренгой и г. Тарко-Сале. В 1999 г. в период весеннего ледохода критических уровень был превышен в пос. Овгорт (р. Сыня), г. Салехард, пос. Горки и с. Мужи (р. Обь) и г. Надым (р. Надым). В нескольких районах Ямало-Нененцкого автономного округа был введен режим чрезвычайной ситуации. Последнее наводнение в период весеннего ледохода произошло весной 2014 г. на р. Пур в пгт Уренгой. 31 мая 2014 г. уровень воды поднялся выше критической отметки, были подтоплены 29 жилых домов и 5 производственных зданий, около 1 тыс. чел. были эвакуированы.

В конце мая – первой половине реки очищаются ото льда: сначала р. Обь (рис. 5) и верховья бассейна рр. Таз и Пур; в первых числах июня р. Пур в районе пгт Уренгой и р. Таз в районе с. Сидоровск; средние сроки очищения Тазовской губы в районе пос. Находка – 18 июня. Среднеквадратическое отклонение весенних сроков ледовых явлений 8–10 сут.

Средняя продолжительность периода с ледовыми явлениями на реках составляет от 225 до 260 сут., для р. Обь – от 207 до 225 сут. (рис. 4б). Таким образом, продолжительность физической навигации, т.е. безледного периода составляет от 105 до 140 сут., для р. Обь – от 140 до 158 сут., для створа р. Обь, протока Малая Юмба – пос. Яр-Сале – 125 сут.

Выводы

Сроки ледовых явлений, характерная толщина льда, продолжительность ледостава и периода с ледовыми явлениями на реках арктической зоны Западной Сибири имеют четкое пространственное распределение, которое можно выразить зависимостями средних значений от географической широты гидрологического поста. Исключения составляют створы, расположенные на р. Обь и, в отдельных случаях, на реках Полярного Урала.

Первый лед на реках исследуемой территории появляется в среднем в первой половине октября. Среднеквадратическое отклонение осенних сроков ледовых явлений составляет 6–8 сут.

К концу октября толщина ледяного покрова в среднем достигает 15–20 см, к концу ноября 30–35 см для створов южнее 66°с.ш. и до 50 см для низовья р. Таз и рек полуострова Ямал и Гыданского полуострова. Значения толщины льда к концу ноября 90% обеспеченности составляет 20–30 см.

Толщина ледяного покрова нарастает в течение всего ледоставного периода. Максимальных значений толщина ледяного покрова достигает в апреле. Максимальная толщина льда 1% обеспеченности составляет 1,0–1,5 м для створов южнее 66°с.ш. и более 2,0 м для створов севернее 67°с.ш.

Вскрытие рек происходит под действием как механических, так и тепловых факторов. Благодаря затяжному характеру вскрытия лед к началу ледохода значительно теряет свою прочность. Среднеквадратическое отклонение весенних сроков ледовых явлений 8–10 сут.

Повторяемость выхода воды на пойму в период весеннего ледохода для средних и больших рек составляет 90–100 %. В период весеннего ледохода возможно образование заторов в местах сужений и крутых поворотов, но заторные подъемы уровней воды не превышают 1–2 м. Для низовья р. Обь, а также для рр. Надым, Пур и Таз максимальные годовые уровни воды в 80–90% случаев сопровождаются ледовыми явлениями. Среди населенных пунктов, подверженных затоплению в период весеннего ледохода: пос. Горки, с. Мужи, г. Салехард, г. Надым, пгт Уренгой и г. Тарко-Сале.

Библиография
1.
Агафонова С.А., Фролова Н.Л., Василенко А.Н., Широкова В.А. Ледовый режим и опасные гидрологические явления на реках арктической зоны европейской территории России // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2016. № 6. С. 41–48.
2.
Алексеевский Н.И., Мокшанов А.М. Ледовый режим рек Западной Сибири // Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей. Труды VIII Международной научно-практической конференции. Т. 1. М.: РУДН, 2014. С. 297–309.
3.
Бабурин В.Л., Бадина С.В., Горячко М.Д., Земцов С.П. Зоны концентрации социально-экономического потенциала Арктики // Меняющийся климат и социально-экономический потенциал Российской Арктики. Т. 1. М.: Лига–Вент, 2015. С. 74–126.
4.
Бузин В.А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. Спб.: Гидрометеоиздат, 2004. 203 с.
5.
География Сибири в начале XXI века. Т.5. Западная Сибирь. Новосибирск: «ГЕО», 2016. 447 с.
6.
Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования. М.: ГЕОС, 2007. 585 с.
7.
Гинзбург Б.М. К определению вероятностных характеристик ледового режима рек севера Сибири // Труды V всесоюзного гидрологического съезда. Т. 7. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. С. 256–266.
8.
Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я., Айзель Г.В. Моделирование формирования стока рек и снежного покрова на севере Западной Сибири // Водные ресурсы. 2015. Т. 42. № 4. С. 387–395.
9.
Национальный атлас России Т.2. Природа и экология. М.: ФГУП «ГОСГИСЦЕНТР», 2004. 495 с.
10.
Опасные ледовые явления на реках и водохранилищах России М.: РГАУ-МСХА, 2015. 348 с.
11.
Русловой режим рек Северной Евразии (в пределах бывшего СССР). М.,1994. 336 с.
12.
Христофоров А.В. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Изд-во МГУ, 1988. 131 с.
13.
Эрозионные процессы Центрального Ямала. СПб., 1999. 349 с
References (transliterated)
1.
Agafonova S.A., Frolova N.L., Vasilenko A.N., Shirokova V.A. Ledovyi rezhim i opasnye gidrologicheskie yavleniya na rekakh arkticheskoi zony evropeiskoi territorii Rossii // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya. 2016. № 6. S. 41–48.
2.
Alekseevskii N.I., Mokshanov A.M. Ledovyi rezhim rek Zapadnoi Sibiri // Dinamika i termika rek, vodokhranilishch i pribrezhnoi zony morei. Trudy VIII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. T. 1. M.: RUDN, 2014. S. 297–309.
3.
Baburin V.L., Badina S.V., Goryachko M.D., Zemtsov S.P. Zony kontsentratsii sotsial'no-ekonomicheskogo potentsiala Arktiki // Menyayushchiisya klimat i sotsial'no-ekonomicheskii potentsial Rossiiskoi Arktiki. T. 1. M.: Liga–Vent, 2015. S. 74–126.
4.
Buzin V.A. Zatory l'da i zatornye navodneniya na rekakh. Spb.: Gidrometeoizdat, 2004. 203 s.
5.
Geografiya Sibiri v nachale XXI veka. T.5. Zapadnaya Sibir'. Novosibirsk: «GEO», 2016. 447 s.
6.
Geoekologicheskoe sostoyanie arkticheskogo poberezh'ya Rossii i bezopasnost' prirodopol'zovaniya. M.: GEOS, 2007. 585 s.
7.
Ginzburg B.M. K opredeleniyu veroyatnostnykh kharakteristik ledovogo rezhima rek severa Sibiri // Trudy V vsesoyuznogo gidrologicheskogo s''ezda. T. 7. L.: Gidrometeoizdat, 1989. S. 256–266.
8.
Gusev E.M., Nasonova O.N., Dzhogan L.Ya., Aizel' G.V. Modelirovanie formirovaniya stoka rek i snezhnogo pokrova na severe Zapadnoi Sibiri // Vodnye resursy. 2015. T. 42. № 4. S. 387–395.
9.
Natsional'nyi atlas Rossii T.2. Priroda i ekologiya. M.: FGUP «GOSGISTsENTR», 2004. 495 s.
10.
Opasnye ledovye yavleniya na rekakh i vodokhranilishchakh Rossii M.: RGAU-MSKhA, 2015. 348 s.
11.
Ruslovoi rezhim rek Severnoi Evrazii (v predelakh byvshego SSSR). M.,1994. 336 s.
12.
Khristoforov A.V. Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika. M.: Izd-vo MGU, 1988. 131 s.
13.
Erozionnye protsessy Tsentral'nogo Yamala. SPb., 1999. 349 s