УДК 556.51:551.583(470.22)

ВОДОСБОР РЕКИ ШУЯ (РЕСПУБЛИКА КАРЕЛИЯ) В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

Назарова Лариса Евгеньевна1, Богачев Михаил Алексеевич1, Георгиев Андрей Павлович1
1Институт Водных проблем Севера КарНЦ РАН

Аннотация
В работе анализируется современное состояние климатических и гидрогеологических условий на водосборе реки Шуя (Республика Карелия), их возможные изменения в соответствии с рассмотренными сценариями потепления глобального климата на период до 2050 г.

Ключевые слова: инфильтрация, климат, подземный сток


THE CATCHMENT OF THE RIVER SHUYA (REPUBLIC OF KARELIA) IN A CHANGING CLIMATE

Nazarova Larisa Evgenievna1, Bogachev Michail Alexeyevich1, Georgiev Andrey Pavlovich1
1The Northern Water Problems Institute KarRC RAS

Abstract
In this work the characteristic of a climate and hydro-geological conditions of a river Shuya catchment area (Karelia) is presented. To estimate potential changes in principal characteristics of the climate and hydro-geological conditions in the study area in our work we used the results of numerical modeling using the atmosphere-ocean general circulation model ECHAM4/OPYC3 developed by the Max Planck Meteorology Institute in Hamburg, Germany.

Keywords: climate, infiltration, subsurface flow


Рубрика: 11.00.00 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Назарова Л.Е., Богачев М.А., Георгиев А.П. Водосбор реки Шуя (Республика Карелия) в условиях изменения климата // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/10/58166 (дата обращения: 04.06.2017).

Проблема обеспечения населения качественной питьевой водой на протяжении многих лет остаётся актуальной. В связи с  увеличивающейся потребностью промышленности и населения в водоснабжении.

Для целей водоснабжения в Республике Карелия в основном используют поверхностные воды, которые более подвержены антропогенному воздействию, чем подземные воды. В этой связи подземные воды в большей степени отвечают нормам качества питьевой воды. Исследование подземных вод с целью их дальнейшего использования как альтернативного источника пресных вод становится наиболее приемлемым. Источником питьевой воды, соответствующей нормам СанПиН 2.1.4.1074-01, в необходимом количестве могут служить подземные воды, залегающие в песчаных комплексах водно-ледникового генезиса. К примеру, в  странах Фенноскандинавии (Финляндия) на долю использования подземных вод приходится более 60 % от общего водопотребления. В Республике Карелия – менее 6 %. Но несмотря на слабое использование подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении района оценка их прогнозных эксплуатационных ресурсов свидетельствует о возможности добычи подземных вод в необходимых количествах. Себестоимость подаваемой населению подземной воды значительно ниже, чем из поверхностных источников (р-н г. Олонец – в 2-4 раза).

Бассейн реки Шуи – один из крупнейших в бассейне Онежского озера и пятый по величине среди основных водосборов озерно-речных систем Карелии. На его территории насчитывается около 2,5 тысяч озер с площадью акватории более 1 км2. Наиболее крупное из них озеро Сямозеро, площадь зеркала 266 км2 (рис. 1).

Рис.1 Водосбор реки Шуя.

По своим характеристикам р. Шуя относится к малым рекам. Площадь водосбора реки 10 140 км2, длина 272 км, падение (разность абсолютных высот истока и устья) составляет 162,3 м. Озерность водосбора р. Шуя около 10% (Озера Карелии, 2013).

Район нашего исследования входит в состав Балтийского бассейна трещинных вод, где основной водоносный горизонт, имеющий повсеместное распространение, залегает в верхней трещиноватой зоне кристаллических пород и песчаных разностей четвертичного покрова. Население многих деревень и поселков пользуется подземной водой децентрализованных источников (родники, колодцы). С 1958 по 2008 гг. в районе было пробурено около 80 водозаборных скважин, большая часть из которых сосредоточена на территории крупных поселков (Чална, Матросы, Эссойла) и  на железнодорожных станциях  (табл. 1).

Таблица 1. Скважины на воду (одиночные) на водосборе р. Шуи

Место-

положение

Количество скважин

Водовмещающие

породы

Дебит,

л/с

Понижение

м

пробурено действуют
ст. Эссойла 3 1 Пески 2,2 – 8,3 0,5-5,5
п.. Эссойла 1 ? Пески 0,4 13
п. Кунгозерский 1 1 Пески 1,1 11,5
ст. Новые Пески 3 1 Пески и граниты 0,2-1,0 19-22
п. Вилла-Гора 1 ? Пески 0,33 4,8
ст. Вилла-Гора 1 1 Сланцы 0,6 11
п. Крошнозеро 2 1 Пески (морена) 0,08-0,36 2
п Пряжа 12 3 (излив) Пески 0,2-7,6 0,15-9,5
п. Матросы 6 4 Пески. гравийно.-галечниковые отлож. 0,05-7,8 1-31
п. Чална 32 18 Диабазы. песчаники 0,1-2,3 2-55
п Ведлозеро 1 ? Граниты 0,4 51
п В.Виданы 2 2 Диабазы. песчаники 0,3-1,4 46-76
п Шотозеро 1 ? Граниты 0,2 53
п. Н.Речка 2 ? Граниты 0,24-0,67 17-22
ст. Падозеро 2 2 Сланцы 0,2-0,8 3-20
п. Сяпся 1 ? Граниты 0,02
ст. Кутижма 1 1 Граниты 0,98 24,5
п Урозеро 1 ? Диабазы 0,18 47
ст Сяньга 1 0 Граниты 0,4 11
п Маньга 1 1(излив) Пески 4,3 Нет свед,
п Каскесельга 1 ? Нет сведений 0,22 Нет свед,

Как видно из таблицы, дебиты скважин, эксплуатирующих подземные воды из песчаных отложений, выше, чем из скальных пород.

Одиночные скважины оборудованы погружными электронасосами или ручными штанговыми насосами. Многие скважины бездействуют из-за низкой производительности или неисправности оборудования. Так, например, в Чалне из 32 пробуренных скважин действуют 18, в районе п. Пряжа из 12 водозаборных скважин действуют  три скважины, из них две на новом водозаборе.

Наиболее ярким примером использования подземных вод в качестве основного источника водоснабжения на водосборе служит п. Пряжа, расположенный в южной части водосбора реки Шуя. Водопотребление п. Пряжа до 2000 г. базировалось на использовании поверхностных вод оз. Пряжинское и составляло 700 м3/сут, с учетом возрастающих потребностей необходимо было его увеличение до 2000 м3/сут. Озерная вода характеризуется высокими показателями цветности, наличием органических веществ, железа, марганца выше ПДК. Проблема водоснабжения п. Пряжа была весьма актуальна и требовала быстрого решения. Работы по поиску и оценке запасов подземных вод в заявленном количестве были выполнены сотрудниками ИВПС КарНЦ РАН совместно с финскими коллегами. На базе утвержденных запасов (2000 м3/сут. по категории С) в 2008 году был введен в действие водозабор с производительностью 1600 м3/сут. В пределах водосбора р. Шуя выявлены многочисленные участки на расстоянии до 5-7 км от поселка с аналогичными геолого-гидрогеологическими условиями, пригодные для перевода населенных пунктов на подземное водоснабжение.

Основные особенности климата района водосбора р. Шуи оценены  на основании данных метеорологических наблюдений на станциях г. Петрозаводск, п. Пряжа, п. Палалахта и п. Суоярви сети Роскомгидромета за последний стандартный климатический период 1961-1990 гг. Для анализа динамики основных компонентов климата рассматриваемого района нами были использованы данные наблюдений включительно по 2008 год.

Климат района исследования характеризуется как переходный от морского к континентальному. Температура воздуха по территории водосбора в среднегодовом аспекте составляет  2,0 – 2,5оС. Самый холодный месяц – январь, со средней температура воздуха -11,4 …-12,0оС (абсолютный минимум – 44оС). Максимум температуры воздуха в годовом ходе приходится на июль (средняя температура месяца +15,7…16,3оС, абсолютный максимум +33,6оС) (Назарова, 2008).

Относительная влажность в данном районе по причине преобладания морских воздушных масс велика в течение всего года (80-90%). При этом наименьшая относительная влажность отмечается в апреле-мае – 64-69%. Число дней с влажностью менее 30% в течение года в среднем приблизительно равняется 11, с влажностью более 80% – 167. Территория района избыточно увлажнена. За год выпадает 600-700 мм осадков. Это является одним из основных факторов, определяющих условия формирования подземных вод в районе исследований (Ресурсы подземных вод СССР, 1972).

Поскольку гидролого-гидрогеологические и климатические условия Карелии идентичны с таковыми для Фенноскандии, для оценки условий формирования подземных вод возможно использование данных по гидрогеологическим исследованиям, полученным на территории Финляндии. В 1985 г. вышла работа Youko Soveri (Soveri , 1985), посвященная расчетам инфильтрационного питания подземных вод на территории Финляндии. Всего были использованы 54 наблюдательные станций подземных вод National Board of Waters. Измерения проводились в период с 1976 по 1982 гг. Количество инфильтрационной воды определялось с помощью лизиметров. Изменение уровня подземных вод проводилось в 540 скважинах 2 раза в месяц. Всего было проведено 78000 замеров. Также использовались данные самописцев, установленных в лизиметрах (120000 наблюдений). По данным исследований установлено, что в абсолютных значениях количество инфильтрационной воды колеблется от 100 до 400 мм для песчаных осадков и от 120 до 250 мм для глинистых пород. Время достижения инфильтрационной водой уровня подземных вод составляет 20-45 суток и зависит в частности от глубины залегания подземных вод.

Площадь водосбора реки Шуя составляет 10140 км2. На песчаные отложения приходится 20% бассейна или 2028 км2, на морену песчано-супесчаного состава 60 % или 6084 км2 и болотные массивы занимают 20 % или 2028 км2. Площадь развития болот исключается из расчета, т.к. через торф инфильтрация практически отсутствует. Согласно (Soveri, 1985) на инфильтрацию (W) через песчаные толщи уходит 60 % от общего количества атмосферных осадков и 39 % через моренные отложения. Количество атмосферных осадков для всей территории составляет в среднем 700 мм.

Количество поступающих осадков с площади 1 км2 в подземные воды через пески можно рассчитать по приводимой формуле:

Q= F×Σатм. осадков ×W                                                                                                    (1)

где Q –количество инфильтруемой воды, м3/год с км2;

F – площадь, м2;

Σатм. осадков – сумма атмосферных осадков, м в год;

W – коэффициент инфильтрации.

Таким образом, модуль подземного стока составляет 420000 м3 /год или 13,3 л/сек с 1 км2. Общий объем подземной воды, поступающий в водотоки бассейна р. Шуя из песчаных отложений составляет 25,5 м3/сек.

Для мореных отложений модуль подземного стока равен 8,6 л/сек с км, а общий расход подземных вод равен 49 м3/сек. Суммарный расход подземного потока для водосбора оценивается в 74,5 м3/сек. Среднемноголетний расход р. Шуя составляет 90,7 м3/сек. (створ Бесовец), т.е. подземное питание реки в среднегодовом разрезе составляет 82 % от общего расхода. Средний модуль подземного стока бассейна составляет 7,8 л/сек с 1 км2. Результат расчетов приведен в таблице 2.

Таблица 2. Расчет модулей подземного стока р. Шуя (п. Бесовец)

Бассейн реки

 

 

 

Современные

данные

Прогноз
 G1 G2
Модуль подземного стока,

л/сек с км

пески 13,3  14,4 13,8
морена 8,6  9,3  9,0
средний 7,8  8,5  8,1
Расход подземного стока, м3/сек 74,5  80,9  77,7
Среднемноголетний расход реки, м3/сек 90,7
Доля подземного стока в расходах рек, % 82,0
Естественные ресурсы, м /сек 74,5  80,8  77,7

Изменение условий климата в конце XX – начале ХХI века несомненно отразилось и на температурном режиме территории. Среднемноголетние значения температуры воздуха в январе повысились на 1,0-1,3 оС, июля на 0,4 оС, годовые – на 0,1-0,4 оС. Изменения в количестве выпадающих осадков незначительны, чуть более 10 мм (Назарова, 2014).

На основании возникших неопределенностей с причинами данных изменений климата, а также сценариев его изменения на несколько последующих десятилетий в последние годы все большее внимание уделяется тщательному системному исследованию региональных изменений климата.

В этой связи приоритетное значение приобретает анализ длительных наблюдений гидрометеорологических параметров и применение моделей взаимодействия океана и атмосферы (или моделей климата) с разрешением, достаточным для оценки пространственно-временных особенностей климата при разных сценариях его изменений. Для оценки возможных изменений основных характеристик климата и элементов водного баланса исследуемой территории в ХХI веке были использованы результаты численных экспериментов на модели ЕСНАМ4/OPYC3 (Bengtsson, 1997).

Наши расчеты велись по двум возможным сценариям изменения климата. В первом случае (в работе условно сценарий G1) предполагается удвоение содержания углекислого и других парниковых газов в атмосфере Земли на период 2000-2100 гг., во втором (условно G2) сценарии дополнительно учитывается увеличение концентрации аэрозолей техногенного происхождения. На основе анализа полученных результатов было установлено, что общая тенденция потепления будет сохраняться в течение первой половины XXI века. Годовая температура воздуха возрастет к 2050 г. до 2,7-3,0оС. Годовые суммы осадков для исследуемой территории также возрастут на 30-60 мм (по сценариям G1 и G2, соответственно). В результате этого, согласно проведенным расчетам (табл. 2), количество инфильтрационной воды изменится весьма незначительно, поскольку увеличение количества атмосферных осадков будет компенсироваться ростом суммарного испарения.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют говорить о высокой степени обеспеченности территорий запасами подземных вод, пригодных для использования в целях водоснабжения населения республики в настоящее время и при условии возможных изменений климата. Запасы подземных вод при надлежащем качестве, являются базой для водоснабжения населенных пунктов Республики Карелия.


Библиографический список
  1. Кондратьев С.А., Назарова Л.Е., Бовыкин И.В., Шмакова М.В., Маркова Е.Г. Водный режим водосбора Онежского озера под воздействием изменений климата / Известия РГО, Т. 140., Вып. 3, С-Пб, 2008. С. 21-26.
  2. Назарова Л.Е. Изменчивость гидрологических характеристик водосбора Онежского озера под влиянием климатических воздействий // Автореф. дис… канд. геогр. наук. Санкт-Петербург. 2008. 24 с.
  3. Назарова Л.Е.  Изменчивость средних многолетних значений температуры воздуха в Карелии // Изв. РГО. 2014. Т. 146, вып. 4. С. 39–45.
  4. Озера Карелии. Гидрология, гидрохимия, биота. Справочник / Под ред. Н.Н. Филатова, В.И. Кухарева. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 463 с.
  5. Ресурсы подземных вод СССР. Т.2 Карелия и Севеpо-Запад. Л., Гидрометиоиздат, 1972. 527 с.
  6. Bengtsson L., Numerical modeling of the Earth’s Climate. Publ. of Max-Planck Inst. for Meteorology, Hamburg, 1997. – 94 p.
  7. Soveri Jooko. Influence of melt water on the amount and composition of groundwater in quaternary deposits in Finland. Helsinki, 1985.


Все статьи автора «Георгиев Андрей Павлович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: