Глава 3. Мониторинг водных ресурсов

3.1. Характеристика поверхностных вод

Избыточное увлажнение, преимущественно равнинный рельеф и наличие многолетнемерзлых пород, препятствующих дренированию осадков, определяют изобилие поверхностных вод. С севера к территории примыкает акватория Баренцева моря – одного из самых суровых морей Мирового океана, с запада – Белого моря, а с северо-востока – Карского моря. Густая речная сеть, большое количество озер и болот, сложные условия на морских акваториях существенно затрудняют освоение этих территорий и способствуют распространению загрязнения на местности.

Речная сеть. На севере ЕСР располагается хорошо развитая речная сеть. Основной водоток – Печора, является наиболее крупной рекой Европейского Севера. В нижнем течении в Печору впадает множество притоков, в том числе и несколько сравнительно крупных рек. Глубины рек небольшие и, за исключением некоторых участков, не превышают 2 м. Только в нижнем течении Печоры глубины достигают 15 м, что позволяет проходить в порт Нарьян-Мар морским судам. Берега некоторых рек высокие – до 10-20 м, нередко обрывистые, однако ближе к прибрежной зоне моря становятся низкими и часто заболоченными.

Другим крупнейшим водотоком является Северная Двина, впадающая в Белое море. Она несколько уступает Печоре по морфометрическим и гидрологическим характеристикам, но также обладает большой площадью водосбора и значительным стоком. В ее дельте, площадь которой примерно равна 900 км², расположена городская агломерация, состоящая из Архангельска, Северодвинска и Новодвинска, общая численность населения которой порядка 700 тысяч человек.

Для водного режима северных рек характерно высокое весеннее половодье и низкая продолжительная зимняя межень. Питание рек осуществляется, в основном, за счет таяния снега в весенний период, когда доля стока составляет около 60-85 % от суммарного годового объема. В зимний период при переходе на питание грунтовыми водами доля стока обычно не превышает 2-5 %. В период летне-осенней межени нередки случаи пересыхания водотоков, площадь водосбора которых менее 10 км². Дождевые паводки летом обычно одиночные, а осенью часто приобретают многопиковый затяжной характер. Подъемы уровней, вызванные дождевыми паводками, выражены значительно слабее весенних подъемов воды. Среднегодовой расход воды Печоры равен 4000 м³/с, Северной Двины - 3400 м³/с, у остальных рек, за исключением Онеги, Пинеги, Ваги и Мезени, он существенно ниже и редко превышает 100 м³/с.

Замерзают реки преимущественно во второй половине октября - начале ноября, хотя в последние годы наметилась тенденция к смещению сроков замерзания в сторону более поздних дат. Толщина льда к концу зимы достигает 0.7-1.2 м. Разрушение ледяного покров на них происходит в апреле-мае и весенний ледоход обычно длится 5-8 суток. На Печоре и Северной Двине ледоход может продолжаться до 20 суток. Весной реки наиболее полноводны, и в это время года уровни воды превышают меженные отметки на 2-3 м, а местами до 4-5 м. Нередки наводнения катастрофического характера. Так, в Нарьян-Маре площадь затопления города во время таких наводнений может достигать от 70 до 100% и длиться 7-10 суток. Минимальные уровни воды в безледоставный период обычно отмечаются в августе. Наибольший прогрев речных вод отмечается в июле-августе, когда их температура повышается до 10-12 С, но иногда может достигать 17-20 С.

Наибольшие скорости течений имеют место на пике весеннего половодья. В этот период в нижнем течении Печоры и Северной Двины скорости течения могут достигать 1-1.5 м/с, в остальных реках несколько ниже. В безледоставный период характерные скорости течений колеблются в диапазоне 0.2-0.6 м/с на равнине и 0.5-0.8 м/с на возвышенных участках Тиманского кряжа.

Озера. Для тундр на территории НАО и западной части Архангельской области характерно обилие озер различных размеров и неоднородность минерального состава вод. Все эти озера условно можно подразделить на 4 типа: озера ледникового происхождения, обычно глубокие и стратифицированные; термокарстовые озера, преимущественно мелководные и хорошо перемешанные по вертикали; осолоняемые (эстуарные) озера, режим которых в значительной мере зависит от моря; озера, сформированные при изменениях геоморфологии речных пойм (старичные озера).

Морфологические, гидрологические и гидрохимические характеристики озер изменяются в широком диапазоне. Преобладают озера с площадью зеркала 0.2-3 км² со средними глубинами 0.5-3 м. Однако, у наибольших из них площадь достигает десятков квадратных километров и только у единиц, таких как Онежское озеро в Карелии и озеро Лача в Архангельской области, площадь значительно более 100 квадратных километров.

Наибольшие глубины в озерах, как правило, не превышают 4-5 м, но в отдельных случаях могут достигать 10-15 м и даже более. Берега озер преимущественно низкие, часто заболоченные, на возвышенных участках отмечаются песчаные или глинистые берега, иногда с обрывами высотой 5-15 м. Дно озер обычно песчаное, песчано-илистое или илистое, причем илистые донные отложения наиболее характерны для осолоняемых озер. Для многих озер типичны обширные отмели, зарастающие летом водной растительностью.

Озера на южных участках рассматриваемой территории обычно замерзают во второй половине октября – начале ноября, на ее северных участках – в начале октября. Толщина льда к концу зимы на озерах достигает 0.7-1.2 м, многие мелководные озера в это время года промерзают до дна. Разрушение ледяного покрова чаще всего происходит в первой половине июня. Наибольший водный объем озера имеют в весенний период, когда их уровень на 0.2-0.5 м превышает меженные отметки. Минимальные уровни воды в озерах в безледоставный период отмечаются во второй половине июля-августа. В этот период озерные воды наиболее хорошо прогреваются – в среднем до 10-12С. В аномальное жаркое лето температура поверхности вод на южных участках территории может достигать 18-20 С и даже более.

Болота. Для ЕСР характерна высокая заболоченность. Выделяются следующие основные типы болот: мерзлые полигональные болота, евтрофные травяные и травяно-моховые болота, бугристые болота и талые олиготрофные сфагновые болота.

Полигональные болота имеют характерную ячеистую полигональную структуру поверхности, возникшую в результате морозобойного растрескивания торфяной залежи. Размеры полигонов по периметру 15-40 м. Полигоны имеют плоскую или вогнутую поверхность, края полигонов часто приподняты над их центром на 20-50 см. В центре вогнутых полигонов иногда формируются микроозерки. Полигоны окаймлены трещинами, ширина и глубина которых зависит от стадии развития полигонального болота. Обычно ширина трещин изменяется в пределах 0.5-1.0 м, иногда достигает 6 м, глубина их выреза 0.3-0.7 м. На наиболее древних полигональных болотах, которые встречаются в рассматриваемых районах, в трещинах под верхним 0.5-1.0 м слоем торфа наблюдаются ледяные клинья, особенно в Заполярье. Эти клинья прорезают всю толщу торфяной залежи и проникают в подстилающий минеральный грунт. Мощность торфяной залежи на полигонах колеблется от 0.5 до 2 м.

Бугристые болота представляют собой сочетание плоских (низких) или куполообразных (высоких) мерзлых травяно-минеральных бугров порядка 0.5-1.0 м высотой, и высоких, высота которых составляет 1.6-3.0 м. Склоны бугров обычно крутые. Бугры в плане имеют разнообразную форму и размеры; их ширина и длина изменяется в пределах 5-50 м. Понижения между буграми в виде западин, ложбин, топей, играют роль первичной гидрографической сети на болоте, по которой осуществляется сток болотных вод. Соотношение площадей, занятых буграми и межбугорными понижениями, обычно составляет 75:25.

Характерной особенностью бугристых болот является наличие на буграх многолетней мерзлоты в торфе и подстилающим его минеральном грунте. Мощность торфяной залежи бугристых болот обычно изменяется в интервале 0.4-3.0 м.

Олиготрофные (сфагновые) болота в основном представлены крупными болотными массивами и системами верхового типа. Средняя мощность торфяной залежи болот на Крайнем Севере составляет – 2.5-3.5 м.

В Большеземельской тундре, где расположены основные месторождения нефтяных углеводородов, глубина болот составляет 0.5-2 м, замерзают они во второй половине октября. Полное промерзание болот на всю глубину, как правило, происходит в конце ноября. Оттаивание болот происходит с апреля до начала июля. Весной и осенью болота становятся очень переувлажненными. В Малоземельской тундре глубина болот обычно колеблется в диапазоне 0.5-1 м. Замерзают они в конце октября, в январе они промерзают на глубину 0.4-0.8 м.

Морские воды. Белое, Баренцево и Карское моря, воды которых омывают ЕСР, относятся к бассейну Северного ледовитого океана. К главным особенностям этих морей относятся [9]:

• большая изрезанность береговой черты, наличие многочисленных заливов, проливов, островов, полуостровов и отмелей;

• суровые ледовые условия;

• ярко выраженный приливной характер движения вод;

• короткое лето и продолжительная зима;

• ослабление отепляющего влияния североатлантических вод на гидрометеорологический режим;

• большое влияние речного стока Печоры и Северной Двины на гидрологический режим и динамику морских вод;

• относительная бедность видового состава растительного и животного мира.

Южная часть Баренцева моря.

Южная часть Баренцева моря по своим природным характеристикам отчетливо делится на две части: замерзающую зимой восточную и находящуюся под отепляющим воздействием атлантических вод и не замерзающую западную часть, прилегающую к Кольскому полуострову.

Гидрологический режим. Основные факторы, влияющие на гидрологический режим южной части Баренцева моря – это годовой ход метеорологических характеристик, сток Печоры, поступление вод собственно Баренцева моря, приток вод Карского моря, вынос беломорских вод в Поморский пролив. На пространственно-временную изменчивость полей температуры и солености значительное влияние также оказывают ледовые условия, особенно в периоды ледостава и ледотаяния. Сочетание различных условий формирования полей температуры и солености приводит к образованию значительной пространственной неоднородности вод.

Изменчивость вертикальной структуры вод имеет ярко выраженный годовой ход. Весной и летом под действием притока тепла из атмосферы и увеличением речного стока идет формирование так называемого верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) со слоем скачка плотности под ним. Обычно образование ВКС начинается в конце мая – начале июня с началом поступления речных паводковых вод и ледотаянием (в восточной части), что приводит к формированию слоя скачка плотности на глубинах 2-5 м при относительной гомотермии. В открытом море к северо-западу от о. Колгуев в это время еще наблюдается относительно однородная структура водной толщи от поверхности до дна. Дальнейший рост притока тепла из атмосферы, поступление прогретых речных вод формируют к июлю двухслойную структуру с глубиной залегания слоя скачка от 5-7 м в центральной части юго-востока и до 15 м к северо-западу от о. Колгуев. Градиенты в термогалоклине составляют 0.5-1С/м, 0.8-1 ‰/м у побережья и 0.3С/м, 0.1‰/м в открытом море.

В Чёшской губе и Поморском проливе приливное и ветровое перемешивание формирует однородную от поверхности до дна структуру вод. В юго-восточной части к осени происходит заглубление слоя скачка до глубин 12-15 м в прибрежных районах и до 30 м на глубоководных акваториях. Градиенты температуры и солености уменьшаются до 0.1-0.2 С/м и 0.1–0.2 ‰/м соответственно. В юго-западной части, испытывающей влияние теплых атлантических вод, понижение температуры с глубиной происходит плавно и сравнительно слабо.

Летом температура воды на поверхности равна 8-9 С. В конце сентября начинается осенне-зимняя конвекция, в результате которой к концу декабря – началу января формируется полностью однородная от поверхности до дна водная толща с температурой 4-5 С на западе и -1.3-1.7С в юго-восточной части и соленостью 33-34‰. Наибольшая соленость – 35‰, отмечается на крайнем западе акватории.

Динамика вод. Уровень моря. Средний уровень моря подвержен межгодовой и внутригодовой изменчивости, однако проявляются эти процессы на акватории по-разному. В отличие от западной части Баренцева моря, на юго-востоке межгодовая изменчивость выражена довольно слабо. Однако во внутригодовом ходе среднего уровня прослеживаются значительные сезонные колебания, обусловленные главным образом воздействием атмосферного давления и ветров, причем в первую половину года кривая уровенной поверхности расположена ниже отметки среднего годового уровня, а во вторую половину – выше. Так, разница между максимальным и минимальным средними значениями уровня в Мурманске может достигать 40-50 см. Минимальные значения среднего уровня имеют место в апреле-мае, максимальные – в октябре-ноябре.

Сезонный ход среднего уровня определяется закономерностями в ходе атмосферного давления, годовым ходом речного стока и изменениями плотности воды, также имеющей сезонный характер. Вследствие этих причин создается превышение среднего уровня у берегов и понижение в открытой части.

Наибольшие колебания уровня происходят во время штормовых нагонов, которые вызываются проходящими над акваторией Баренцева моря глубокими циклонами. На мелководье экстремальный нагон нередко превращается в катастрофическое наводнение. Так, во время нагона 8-10 ноября 1975 года уровень моря у о. Варандей достиг отметки 240 см, причем на отметке 200 см стояние уровня продолжалось около 5 часов. Часть территории острова оказалась затопленной. Наибольших значений сгонно-нагонные колебания уровня отмечаются на Кольском побережье, где они могут достигать 3 м.

Наиболее ярко выражены приливные колебания уровня. Приливы носят полусуточный или неправильный полусуточный характер. Преобладающий вклад в формирование приливных колебаний уровня вносят полусуточная волна. Амплитуда прилива в открытых районах может достигать 50-60 см. Наибольшей величины высота прилива – порядка 3 м, также отмечается у Кольского полуострова. В прибрежных районах юго-востока средние величины приливов превосходят 1 м, а в кутовых частях Чешской и Хайпудырской губ и устьевых областях некоторых рек и более 2 м. Время роста уровня несколько превосходит время падения, но имеются участки, где прилив осложнен мелководьем, и разница времени роста и падения может составлять несколько часов, как это имеет место у пос. Бугрино на о. Колгуев.

Максимальные суммарные колебания уровня юго-востока Баренцева моря, возможные 1 раз в 100 лет, рассчитанные на основе гидродинамического и вероятностного моделирования, могут достигнуть значений 2 м на открытой акватории и более 3 м в Чешской и Хайпудырской губах.

Течения. Общая циркуляция вод Баренцева моря зависит от множества факторов, прежде всего, от притока вод из смежных бассейнов и рельефа дна. Наибольшее влияние на гидродинамический режим юго-западной части Баренцева моря оказывает входящее с запада и движущееся на восток вдоль побережья теплое Нордкапское течение. Скорость его около 25 см/с в прибрежной зоне и по мере отхода от берега снижается до 5-10 см/с.

Наибольшую роль играют приливные течения. Максимальных значений – около 150 см/с, скорости приливных течений достигают в поверхностном слое у Кольского полуострова на границе с Белым морем.

Вследствие особенностей рельефа дна и берегов, наличия цепи островов на границе с Карским морем система течений юго-восточной части Баренцева моря выделяются из общей структуры поля течений всего моря в целом. Здесь представлен весь спектр движений морских вод: квазистационарная циркуляция, течения синоптического масштаба и приливные течения.

Квазистационарная циркуляция формируется в результате притока вод южнее и севернее о. Колгуев, оттока вод в Карское через пролив Карские Ворота и оттока вод в северную часть моря вдоль побережья Новой Земли. Скорости этих течений составляют 5-15 см/с и только вдоль побережья Новой Земли – течение Литке, средняя скорость доходит до 50 см/с.

Течения синоптического масштаба имеют ветровую природу, так как возникают при прохождении синоптических атмосферных образований – циклонов и антициклонов над акваторией моря. Оценки максимальных скоростей ветровых течений, рассчитанные по дрейфовым коэффициентам (соотношениями скоростей ветра и течений), показывают, что в продолжительных сильных штормах вдали от берегов они могут достигать величины порядка 50-60 см/с. Примерно такие же оценки получены путем гидродинамического моделирования. Для юго-восточной части Баренцева моря расчеты по двумерным моделям дают величины скоростей течений до 60-70 см/с.

Приливные течения, как и для всей акватории, – одна из главных черт динамики вод юго-восточной части Баренцева моря, хотя здесь они несколько слабее, чем в юго-западной части. Скорости приливных течений сильно зависят от глубины моря и конфигурации береговой черты. На больших глубинах они относительно невелики, но при достижении приливной волной прибрежных областей и прохождении ею проливов, они резко возрастают.

По оценкам, сделанным в ряде работ, генеральное направление приливных течений в юго-восточной части Баренцева моря – с северо-запада на юго-восток, а отливных – в обратном направлении. Модуль скорости течения на открытой акватории имеет порядок 20-30 см/с, но может достигать значений 35-40 см/с. Поворот вектора скорости в открытом море имеет антициклонический характер, а у побережья – циклонический. В узостях, образующихся на морских границах крупных заливов, таких как Чешская и Хайпудырская губы, а также в проливах между островами течения носят практически реверсивный характер, направлены по оси север-юг и в определенные периоды достигают значений более 100 см/с.

Сочетание периодических (приливные) и непериодических (квазипостоянных и дрейфовых) течений приводит к большой пространственно-временной изменчивости суммарных течений, которые достигают максимальных значений при совпадении направлений всех составляющих. Основной вклад в формирование экстремальных течений вносит дрейфовая составляющая, поскольку приливные течения носят периодический характер, а квазипостоянные течения обладают заметно меньшими скоростями. На открытых глубоководных акваториях максимальные скорости суммарных течений редко превышают значения более 1 м/с, в прибрежной зоне и в местах с сильными приливными движениями значения максимумов могут достигать 2 м/с и более.

Ветровое волнение. В целом в Баренцевом море благоприятные условия для образования и развития ветровых волн. Для юго-востока Баренцева моря образование и распространение волн осложняется наличием островов и многочисленных отмелей, сильными течениями, которые могут приводить к трансформации параметров волн более чем в 2 раза малых волн и до 15% увеличивать экстремальные волны, а также наличием большую часть года льдов.

Большие волны развиваются при северо-западных и отчасти северных ветрах, и наибольших своих значений достигают во время штормов при длительных ветрах этих направлений. Баренцево море имеет репутацию одного из самых штормовых морей не только в Арктике, но и во всем Мировом океане. В штормах средние высоты волн достигают значений более 4.5 м, а наиболее высокие волны превышают величину 15 м. Собственно на акватории юго-востока Баренцева моря из-за ограниченности разгонов большие волны не образуются.

Ледовые условия. На формирование ледяного покрова Баренцева моря оказывает влияние два основных фактора: поступление тепла из Северной Атлантики системой течений и выхолаживающее действие атмосферы, приносящей холодные массы воздуха с северного и восточного сектора Арктики. В юго-восточной части Баренцева моря потоки тепла ослабевают, в то время как температура воздуха существенно ниже по сравнению с расположенными на той же широте западными районами моря.

Ввиду цикличности гидрометеорологических процессов в североатлантическом и западноарктическом регионах, состояние ледяного покрова подвержено большой межгодовой изменчивости. Как правило, вся акватория юго-востока Баренцева моря ежегодно покрывается льдом, но площадь льда и его морфометрические характеристики – размеры и толщина льдин, существенно изменяются от года к году.

Ледообразование начинается обычно во второй половине октября, но сроки появления льда и образования сплошного ледяного покрова из года в год сильно колеблются. Замерзание раньше всего начинается в проливах Карские Ворота и Югорский Шар. Отмечается следующая закономерность: в пространственном плане процесс замерзания направлен с востока на запад и с юга на север. Таяние же льдов происходит главным образом в направлении с запада на восток.

Максимальная площадь покрывается льдами в марте месяце. Очищение ото льда, по среднемноголетним данным, начинается в апреле и заканчивается в августе месяце, хотя в отдельные годы этот процесс может смещаться на 2-3 месяца. Таким образом, длительность ледового сезона увеличивается с запада на восток и колеблется в широком диапазоне от 1-2 месяцев для акваторий на западной границе до 7-9 месяцев в Печорском море.

Ледяной покров юго-востока Баренцева моря состоит из однолетних льдов различного возраста, толщиной от 5 до 200 см, причем толстый лед появляется только в марте на севере в виде узкой полосы шириной до 60 миль, окаймляющей южную оконечность Новой Земли. Двухлетних и старых льдов не наблюдалось.

Разрушение и таяние ледяного покрова начинается в мае. К концу месяца однолетние тонкие льды располагаются вдоль берега материка к востоку от меридиана 50 в.д. К началу июня эти льды сохраняются только в наиболее неблагоприятные по климатическим условиям годы.

Ледовитость. В среднем максимум ледовитости приходится на апрель, иногда максимум ледовитости отмечается в марте. В мае в открытых частях моря начинается интенсивное таяние ледяного покрова, которое к июню охватывает и прибрежные районы. В июле льды обычно полностью вытаивают. В сентябре и октябре дрейфующие льды в юго-восточной части Баренцева моря встречаются крайне редко.

Припай образуется путем естественного примерзания к берегу формирующегося ледяного покрова в прибрежной зоне или путем примерзания части дрейфующего льда к берегу. Данные береговых станций показывают, что формирование припая начинается вдоль берега Новой Земли и постепенно распространяется в южные и западные районы. На формирование и состояние припая большую роль оказывают динамические факторы, а именно: сильные течения и колебания уровня, взламывающие припай, и ветры, дующие с берега на море, приводящие к отрыву припая и выносу его в открытое море. Поэтому в отдельные годы вдоль некоторых участков побережья (например, у мыса Канин Нос, северной оконечности о. Колгуев) припай в течение зимы может совсем отсутствовать. В среднем, вдоль материкового побережья припай сохраняется 3-4 месяца и начинает взламываться в мае-июне.

В среднем припай распространяется в море на 3.5-6.5 км, но в отдельные годы может достигать величины, превышающей 10 км. Обычно кромка припая не выходит за пределы изобаты 10 м. Максимальное распространение припай получает во второй декаде апреля. Однако, в отдельные годы возможно достижение припаем максимальной ширины и в другие сроки – со второй декады марта по первую декаду мая. Припай в южных районах моря неустойчив. Непосредственно за его границей, в результате действия нажимного дрейфа льда, обычно располагается зона повышенной торосистости (более 3 баллов). Наибольшей толщины припайный лед достигает в апреле и превышает 100 см, что делало возможным в течение многих лет осуществлять выгрузку грузов, доставленных морским путем для обеспечения геологоразведочных работ, через припай.

Плавучий лед. Из материалов наблюдений следует, что морской лед представлен удлиненными, овальными и округлыми льдинами. Наибольшего диаметра льдины достигают в феврале-марте – до 19-21 км, поперечных размеров и площадей в марте – более 10 км и более 150 км² соответственно.

Максимальная средняя скорость дрейфа льда по данным ледокольных наблюдений составляет 0.71 м/с. Значения углов отклонения дрейфа льда от направления ветрового потока колеблются от 5 до 34 вправо от направления дрейфа, что соответствует представлению о дрейфе морских льдов в северном полушарии. В целом, дрейф льда в большей степени определяется направленностью ветровых потоков; течения оказывает меньшее влияние. Максимальные суммарные скорости достигают 0.8-1.0 м/с.

Смещение кромок льда под действием циклонов и антициклонов, оцененные на основании анализа ежедневных снимков искусственных спутников Земли за период с 4 марта по 4 июня 1985 г., показали, что средние скорости смещения кромки льда составляют 0.18-0.22 м/с, а максимальные скорости – 0.70-0.80 м/с. С учетом приливной составляющей максимальная суммарная скорость смещения кромки достигает 1.0-1.2 м/с.

В юго-западной части моря лед – редкое явление, отмечающееся не каждый год. Обычно наличие льда здесь имеет место у самого берега, в заливах, местах впадения рек.