II.4. Динамика среднемесячных и среднегодовых расходов воды р. Томи.

Русский климатолог Воейков отметил, что реки являются продуктом климата. Изучение динамики гидрологических параметров рек является основой для выявления взаимосвязей между климатическим компонентом и речным стоком. В этом отношении любые постоянные водные потоки служат хорошим индикатором гидротермического режима их водосборов. Среднемноголетний и среднемесячный режим расходов воды р. Томи фактически отражает динамику режима осадков в пределах ее бассейна. И, наоборот, по степени увлажненности территории можно составить полное представление об особенностях речного стока.

Томь — это главная река Кемеровской области, обеспечивающая водными ресурсами население и промышленные предприятия. Изучение динамики режима реки позволяет лучше оценить гидроресурсы Томи. В весеннее время на Томи весьма возможны катастрофические наводнения, влекущие за собой значительный материальный ущерб и человеческие жертвы. Исследование динамики уровней и расходов воды дает надежную базу для прогнозирования этих явлений. В настоящее время прогнозирование водного режима рек является актуальной гидрологической задачей. Такой долгосрочный прогноз уже существует для многих рек нашей страны, но для Томи он пока не составлен.

Анализ литературных источников показал, что гидрографический особенности рек Кузнецко-Салаирской области и всей Алтае-Саянской страны описаны довольно хорошо. Однако задача проследить погодичную динамику и вековые тенденции изменения гидрологических параметров. Предпринятые нами исследования ставят перед собой задачу установления динамических особенностей водного режима р. Томи. Основой для этих исследований послужил обширный статистический материал гидрологических ежегодников, включивший в себя временные ряды инструментальных наблюдений за водностью Томи продолжительностью более сотни лет.

Динамика водного режима исследовалась нами при помощи широко применяемых статистических методов. Для среднегодовых расходов р. Томи рассчитывались интегрально-разностные коэффициенты; средние расходы воды в половодье исследовались методом регрессионного анализа; тенденции изменения водности реки в отдельные летне-весенние месяцы вычислялись методом сглаживания исходного числового ряда взвешенными средними значениями. Результаты статистической обработки временных гидрологических рядов оформлены в графическом виде.

Рис. 9. Отклонение от матема­тического ожидания суммарных расходов р. Томи в период половодья и годового стока (г. Новокузнецк)

Анализ кривой интегрально-разностных коэффициентов (рис 9) показал, что динамика среднегодовых расходов носит ритмический характер. В пределах инструментального ряда наблюдений на р. Томи выделялись периоды значительного снижения и роста водности. Так, в конце XIX — начале XX вв. на Томи отмечались самые низкие расходы воды. Маловодье продолжалось до середины 20^ых годов XX в.; в 30-40^ые годы произошел значительный рост средних расходов воды, и маловодная фаза сменилась многоводной. Однако в отдельные годы среднегодовые расходы все же были ниже среднемноголетней нормы. С середины 40^ых годов наметилась устойчивая тенденция к снижению среднемноголетнего стока. Уменьшение средних расходов происходило до начала 60^ых годов. Затем расходы воды максимально приблизились к средней норме. Амплитуда флуктуаций была незначительной, но водность почти всегда превышала норму. С конца 80^ых годов и до настоящего времени средние расходы Томи снижались. По нашей оценке это снижение будет продолжаться до 2010-2015 гг. За тем должен наступить продолжительный период общего роста водности.

Кумулятивная кривая интегрально-разностный коэффициентов среднегодовых расходов р. Томи носит циклический характер. На ней хорошо просматривается квазистолетней цикл водности реки. Начало его приходится на 20^ые года XX в., а конец согласно нашему прогнозу должен приходиться на 10^ые годы XXI в. Столетняя цикличность весьма характерна для многих сибирских рек (Бережных, Резников, 1996). Связана она, прежде всего с вековой цикличностью циркуляции воздушных масс в сибирском регионе.

График отклонения средних расходов воды в половодье показывает устойчивую тенденцию к снижению водности реки в весенне-летние месяцы (рис. 3). Наиболее низких значений эти расходы достигли в 80-90^ые годы. Вероятно, минимум водности в половодье уже пройден и в ближайшие десятилетия следует ожидать роста средних весенних расходов.

В течение последнего столетия на фоне общего снижения водности р. Томи динамика расходов воды в отдельные месяцы носила неравнозначный характер (рис 1). Начиная с 60^ых годов XX в. средние мартовские расходы устойчиво возрастают. Аналогичная тенденция характерна и для апрельских расходов. Начиная с 30^ых годов XX в. апрельские расходы возросли в 2-2,5 раза, и они продолжают удерживаться на этом достаточно высоком уровне. В отношение майских и июньских расходов наблюдается обратная закономерность. В мае, начиная с 30^ых годов XX в., расходы постоянно снижаются. Расходы в июне устойчиво снижаются на протяжении всего периода инструментальных гидрологических наблюдений.

Весь собранный нами фактический материал позволил выявить некоторые особенности динамики водности р. Томи.

• Динамика среднемноголетних расходов воды носит циклический характер. В настоящее время р. Томь проходит маловодную фазу, которая закончится в первом десятилетии XXI в.

• Анализ графиков расходов воды за отдельные весенне-летние месяцы неоспоримо свидетельствует о том, что за сто лет произошло смещение сроков наступления половодья ближе к началу весны.

• Ввиду того, что на р. Томи в настоящее время продолжается период общего снижения водности вероятность катастрофических наводнений и снежно-ледовых паводков в ближайшие годы остается очень низкой.

Томь как главная река Кемеровской области является основным источником водоснабжения населения и промышленных предприятий Кузбасса. Изучение динамики водного режима реки позволяет, с одной стороны, лучше оценить гидроресурсы Томи, а с другой – дает надежную базу для прогнозирования катастрофических половодий, весьма характерных для сибирских рек. В настоящее время прогнозирование водного режима рек является актуальной гидрологической задачей. Такой долгосрочный прогноз уже существует для многих рек нашей страны, но для Томи он пока не составлен.

Гидрографические особенности рек Кузнецко-Салаирской области и всей Алтае-Саянской страны описаны довольно хорошо. Однако задача проследить внутривековую динамику и сверхвековые тенденции изменения гидрологических параметров рек этого региона до сих пор не ставилась. Предпринятые мною исследования ставят перед собой задачу установления динамических особенностей водного режима р. Томи. Основой для этих исследований послужил обширный статистический материал «Гидрологических ежегодников…», включивший в себя временные ряды инструментальных наблюдений за водностью Томи продолжительностью более сотни лет.

Динамика водного режима исследовалась нами при помощи широко применяемых статистических методов. Для среднегодовых расходов р. Томи рассчитывались интегрально-разностные коэффициенты; цикличность средних расходов воды в половодье и флуктуации водности реки в отдельные летне-весенние месяцы вычислялись методом сглаживания исходного числового ряда взвешенными средними значениями.

Анализ кривой интегрально-разностных коэффициентов показал, что динамика среднегодовых расходов носит ритмический характер. В пределах инструментального ряда наблюдений на р. Томи выделялись периоды значительного снижения и роста водности. Так, в конце XIX — начале XX вв. на Томи отмечались самые низкие расходы воды. Маловодье продолжалось до середины 20^ых годов XX в.; в 30-40^ые годы произошел значительный рост средних расходов воды, и маловодная фаза сменилась многоводной. Однако в отдельные годы среднегодовые расходы все же были ниже среднемноголетней нормы. С середины 40^ых годов наметилась устойчивая тенденция к снижению среднемноголетнего стока. Уменьшение средних расходов происходило до начала 60^ых годов. Затем расходы воды максимально приблизились к средней норме. Амплитуда флуктуаций была незначительной, но водность почти всегда превышала норму. С конца 80^ых годов и до настоящего времени средние расходы Томи снижались. По нашей оценке это снижение будет продолжаться до 2010-2015 гг. За тем должен наступить продолжительный период общего роста водности. В целом, среднемноголетние расходы за период инструментальных наблюдений возрастали на 2,6 м³/с в 10 лет.

Кривая интегрально-разностный коэффициентов среднегодовых расходов р. Томи носит циклический характер. На ней хорошо просматривается квазистолетний цикл водности реки. Начало его приходится на 20^ые года XX в., а конец прогнозируется на 10^ые годы XXI в. Столетняя цикличность весьма характерна для многих сибирских рек. Связана она, прежде всего с вековой цикличностью циркуляции воздушных масс в сибирском регионе. Ряды инструментальных наблюдений за водностью рр. Томи, Ангары и Енисея надежно коррелируют друг с другом с запаздыванием около 10 лет. Это объясняется сходностью физико-географических условий бассейнов Томи и верхнесреднего Енисея. И в тоже время, связь между динамикой среднегодового стока рр. Томи и Оби намного ниже.

Средние расходы воды в половодье на протяжении всего инструментального ряда устойчиво снижаются. Наиболее низких значений они достигли в 90^ые годы XX в. Вероятно, минимум водности в половодье будет пройден в ближайшее десятилетие XXI в., после чего следует ожидать значительный рост средних весенних расходов.

В течение последнего столетия на фоне общего снижения водности р. Томи динамика расходов воды в отдельные месяцы носила неравнозначный характер. Начиная с 60^ых годов XX в. мартовские расходы незначительно возрастают в среднем на 4,2 м³/с в 10 лет. Тенденция к росту характерна и для апрельских расходов. Они увеличиваются в среднем на 114,3 м³/с в 10 лет. Начиная с 30^ых годов XX в. апрельские расходы возросли в 2-2,5 раза, и они продолжают удерживаться на этом достаточно высоком уровне. В отношение майских и июньских расходов наблюдается обратная закономерность. В мае, начиная с 30^ых годов XX в., расходы постоянно снижаются на 52,8 м³/с в 10 лет. Расходы в июне устойчиво снижаются на протяжении всего периода инструментальных гидрологических наблюдений на 59,4 м³/с в 10 лет.

Весь собранный нами фактический материал позволил выявить некоторые особенности динамики водности р. Томи.

Динамика среднемноголетних расходов воды носит циклический характер. В настоящее время р. Томь проходит маловодную фазу, которая закончится в первом десятилетии XXI в. Ввиду того, что на р. Томи в настоящее время продолжается период общего снижения водности вероятность катастрофических наводнений и снежно-ледовых паводков в ближайшие годы остается очень низкой. Анализ графиков расходов воды за отдельные весенне-летние месяцы неоспоримо свидетельствует о том, что за сто лет произошло смещение сроков наступления половодья ближе к началу весны. Динамика расходов р. Томи превосходно вписывается в общую схему пространственно временной изменчивости водности рек России. Многоводные и маловодные фазы на р. Томи наступают в среднем на 8-10 лет раньше чем в бассейнах рек, расположенных восточнее.