Том 87, № 6 (2023)

Обсуждается роль Валдайской возвышенности в целом и Валдайского поозерья в обеспечении полноводности истоков р. Волги и ее современные тренды на фоне климатических изменений. Показано, что водосберегающие и водорегулирующие функции ландшафта возвышенности исходно определяются двумя генеральными свойствами рельефа – его инвариантностью как “каркаса жизни” и его изменчивостью в ходе эволюции под воздействием эндогенных и экзогенных факторов. “Колыбель Волги” применительно к Валдайской возвышенности и конкретно к Балтийско-Каспийскому водоразделу – это совокупность условий, позволяющих формировать сток в верховьях реки. Среди главных из них (определяющих устойчивый сток в среднемноголетнем объеме), выделены: состояние рек, озер и болот; антропогенные воздействия (регуляция стока, вырубка леса и распашка послелесных земель на водосборе, застройка и загрязнение береговой линии и пр.) и в целом территориальная охрана природы (создание заповедных участков в истоках реки). По материалам мониторинга климата и гидрологического режима региона, осуществляемого Валдайским филиалом Государственного гидрологического института, выявлены основные тренды факторов стока Волги в ее верховьях. Показана доля водорегулирующих, водосберегающих и ассимиляционных функций природных вод в общем объеме экосистемных услуг ландшафтов Валдайской возвышенности. Сделан вывод, что современный рост рекреационного воздействия на водосборы истоков Волги может снизить позитивный эффект от функционирования на них особо охраняемых природных территорий. Приоритетными вопросами сохранения “колыбели Волги” должно стать регламентирование рекреационных нагрузок на ландшафты Валдайской возвышенности, реабилитация нарушенных лесных экосистем и мониторинг объемов и качества стока.

Расчет вклада антропогенных и климатических факторов в изменение годового и сезонного стока Волги в створе Волгограда за периоды существенного антропогенного воздействия (1930–2020 и 2011–2020 гг.) по сравнению с условно-естественным периодом формирования стока (1879–1929 гг.) проведен в двух вариантах (двумя методами). Первый вариант базируется на сопоставлении антропогенного изменения стока, обусловленного влиянием водохранилищ и безвозвратным расходом при водопотреблении, с общим изменением стока за сравниваемые периоды. Во втором варианте с общим изменением стока сопоставляется восстанавливаемый условно-естественный сток в периоды существенного антропогенного воздействия, рассчитываемый по связи стока Волги со стоком рек-индикаторов климатических условий. При этом допускается, что климатические изменения в основном естественного происхождения. Выявлено, что влияние антропогенных и климатических факторов в происходящем общем уменьшении годового стока Волги по сравнению с условно-естественным периодом однонаправленно и сопоставимо. Оба варианта расчета дают близкие значения соотношения антропогенных и климатических факторов в общем изменении стока в 1930–2020 гг. Более существенны различия в расчетах на 2011–2020 гг. и в оценке сезонных изменений, наиболее заметно проявляющихся в весеннее половодье и зимой. В изменении стока весеннего половодья и зимой антропогенные и климатические факторы действуют в одном направлении, уменьшая сток весеннего половодья и увеличивая его зимой преимущественно за счет антропогенных факторов. Имеющиеся различия в соотношении факторов во многом можно объяснить ландшафтными преобразованиями в бассейне Волги, в том числе в бассейнах рек-индикаторов климатических условий, влияние которых на сток не учитывается в водохозяйственной статистике, хотя в последние десятилетия различные виды хозяйственной деятельности на водосборах в значительной степени компенсируют друг друга во влиянии на сток. Доля антропогенных факторов в изменении стока Волги меняется в широких пределах в зависимости от характера использования водных ресурсов, которое не всегда бывает рациональным. Неэкономное использование водных ресурсов увеличивает долю антропогенных факторов в общем изменении речного стока.

Гидроэнергетика – важный фактор развития экономического развития страны, особенно учитывая, что она обеспечивает пиковые нагрузки в электрической сети, чего не могут сделать тепловые и атомные электростанции. Вместе с тем создание ГЭС и связанных с ними водохранилищ приводит к целому ряду проблем. В основном экологических (затопление больших площадей, нередко занятых ценными сельскохозяйственными угодьями, ущерб рыбному стаду и др.). Поэтому важно знать, насколько эффективно работают гидроэлектростанции. Попытка решить такую задачу предпринята в данной статье на примере Верхневолжского и Камского каскадов водохранилищ. Представлены основные сведения о них – площади зеркала, полном и полезном объемах, средней проектной выработке электроэнергии. Оценен вклад рассмотренных каскадов в выработку электроэнергии всего Волжско-Камского каскада водохранилищ. Сформированы ряды данных о годовом притоке, сбросе воды через гидроузлы и выработке на них электроэнергии с 2002 по 2021 г., по ряду станций с 2004 по 2022 г. Показана связь площади водохранилищ с их объемом, а также выработки электроэнергии с водностью отдельных лет и периодов. Установлена связь притока воды в водохранилища с ее сбросом через турбины ГЭС. Особое внимание уделено Рыбинскому водохранилищу, осуществляющему многолетнее регулирование стока. Рассчитана выработка электроэнергии в многоводные, средние по водности и маловодные годы. Оценено отклонение фактической выработки электроэнергии от средней проектной, на основании чего сделан вывод об эффективности работы ГЭС. Определена вероятность выработки электроэнергии в зависимости от прогнозных значений речного стока.

В статье представлен обзор основных гидрологических и водохозяйственных задач и проблем, возникших в последние десятилетия на Нижней Волге в результате строительства и эксплуатации Волжско-Камского каскада водохранилищ, антропогенных изменений стока, плохо предсказуемых климатических изменений. Изменения стока привели к трансформации водной среды и всей экосистемы реки в целом. Несмотря на ряд компенсационных мероприятий, водные проблемы пока далеки от решения. Все это делает весьма актуальным их исследование. Среди таких проблем – повышение оправдываемости прогнозов притока к водохранилищам, долгосрочное прогнозирование многолетних колебаний стока в условиях происходящих изменений климата, оценка деформации русел в условиях антропогенного воздействия. Последнее особенно важно для нижнего бьефа Волгоградской ГЭС. При прогнозировании поведения экосистем Нижней Волги, с оценкой их устойчивости, требуется дальнейшее развитие методов расчета допустимых воздействий, совершенствование систем мониторинга. Сегодня управление Волжско-Камским каскадом водохранилищ осуществляется на основе диспетчерских правил, насчитывающих не один десяток лет. Показано, что современное управление должно основываться на согласованной системе приоритетов, включающей в себя и экологические критерии. Особенно острые экологические и водохозяйственные проблемы возникли в северной части Волго-Ахтубинской поймы, а также в зоне Западно-подстепных ильменей. Рассмотрены новые методы изучения экологических систем, находящихся здесь в условиях сильного антропогенного стресса, и соответствующие инженерные подходы, позволяющие комплексно подойти к достижению устойчивого управления водными ресурсами. Затрагивается проблема слабо предсказуемых колебаний уровня Каспийского моря, а также проблема управления водными ресурсами региона в условиях противоречивых интересов пользователей. Обсуждаются основные мероприятия, реализация которых позволит смягчить последствия регулирования стока для экосистемы Нижней Волги. Из важных системных принципов отмечена необходимость бассейнового подхода, предполагающего, как минимум, разработку Генеральной схемы использования водных ресурсов Волги.

Волга на протяжении нескольких столетий является главной рекой России. Река, берущая начало на Валдайской возвышенности, пересекает на своем пути в Каспийское море несколько природно-климатических зон: от южной тайги до сухих степей Прикаспийской низменности. По последним данным в бассейне реки располагается 31% площади посевов сельскохозяйственных культур, 43% основных фондов экономики, производится почти половина валового регионального продукта России. Антропогенная нагрузка на реку с притоками и их бассейнами значительно превышает нагрузку на другие крупные реки России. Наибольшие объемы загрязненных сточных вод приходятся на долю городов Москва, Самара, Нижний Новгород, Ярославль, Саратов, Уфа, Волгоград, Балахна, Тольятти, Ульяновск, Череповец, Набережные Челны и другие крупные города. Все эти негативные процессы происходят на фоне происходящих климатических изменений. В статье проанализированы данные гидрохимического мониторинга Росгидромета речных вод в бассейне Волги за период 2000–2021 гг. по водным объектам и субъектам Федерации. Независимо от водности года вода практически 70% створов гидрохимического мониторинга в бассейне Волги соответствуют третьему классу качества – “загрязненная”. Интегральная оценка качества вод в бассейне Волги показывает, что ситуация существенно не изменилась с конца прошлого века. Для улучшения экологического состояния бассейна Волги необходимо осуществление комплекса мер по охране и воспроизводству водных ресурсов на водосборных площадях, рационализация систем водопользования, сокращение объема забора свежей воды. Снижение водопотребления является необходимым условием сокращения объемов отводимых сточных вод и, следовательно, количества загрязняющих веществ, содержащихся в них. Одной из проблем является то, что почти все виды водопользования наносят вред природному качеству поверхностных вод, в том числе в бассейне Волги.

В статье приведены результаты измерений удельного потока метана и его содержания в воде некоторых водохранилищ Волжского каскада: Иваньковском, Рыбинском, Горьковском, Куйбышевском, Волгоградском за 2017–2023 гг. Измерения удельного потока проводились методом плавучих камер, определение содержания метана в пробах – методом headspace. Выявлена пространственная и сезонная изменчивость как содержания метана, так и его эмиссии в зависимости от коэффициента водообмена, погодных условий, характера донных отложений, глубины. Большие концентрации и значения удельного потока метана наблюдаются в период стратификации; при вертикальном перемешивании значения потоков существенно уменьшаются. Максимальные значения удельного потока характерны для сильно зарастающего мелководного Шошинского плеса Иваньковского водохранилища (до 334 мгС-CH₄/(м² сут)), затопленной левобережной поймы Горьковского водохранилища (до 548 мгС-CH₄/(м² сут)), где они связаны со слабой проточностью и внутриплесовыми циркуляциями, а также для залива р. Чеснавы на Рыбинском водохранилище (до 1086 мгС-CH₄/(м² сут)), что связано с антропогенным загрязнением. В заливах Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ, принимающих притоки с повышенной минерализацией, возможно усиление стратификации из-за плотностного расслоения, формирование зон с дефицитом кислорода и увеличение удельного потока метана, несмотря на небольшое количество органического вещества в грунтах. На примере Горьковского водохранилища показано влияние плотины на пространственную структуру потока и содержания метана. Сравнение с обобщенными данными по удельным потокам метана с водохранилищ умеренной зоны показало, что в Волжском каскаде эти величины ниже во все месяцы периода открытой воды, кроме августа.

Основная цель данной работы – обобщение данных многолетних наблюдений за гидрометеорологическими параметрами в Каспийском макрорегионе. Средняя годовая температура воздуха за последние 30 лет в регионе увеличилась на 1.0°C, температура поверхностного слоя воды – на 0.3°C, прослеживается значимая меридиональная неоднородность их распределения. В настоящее время суммарный речной сток в море составляет около 275 км³. В 1996–2020 гг. относительно периода 1961–1990 гг. наблюдается уменьшение объема годового стока для всех рек, впадающих в Каспийское море. Интенсивность снижения речного стока за 1996–2020 гг. в среднем составила 0.12 км³ в год, при этом наиболее интенсивно снижался сток Волги и Куры. В условиях потепления и снижения стока продолжается снижение уровня Каспийского моря, начавшееся в конце 1990-х годов. К началу 2023 г. средняя отметка уровня достигла –28.70 м относительно нуля Балтийской системы, что примерно на 2 м ниже по сравнению с отметкой 1995 г. Приводится оценка осушения прибрежных территорий, которое к настоящему времени составило более 22 тыс. км² преимущественно в северной наиболее мелководной части моря. Обсуждаются изменения ветрового режима, наблюдаемого увеличения среднемесячной и среднегодовой скорости ветра относительно стандартного опорного периода. Установлено, что наибольшей повторяемостью отличаются восточные и западные ветры, которые вызывают штормовые сгоны и нагоны, оказывающие разрушительное воздействие на прибрежные территории. Приводится статистика сгонно-нагонных явлений для 4 морских станций за 2010–2021 гг. Амплитуда сгонно-нагонных колебаний уровня в районе Лагани достигает максимальной величины 3.0–3.5 м, в то время как в Махачкале она составляет около 1 м. Приводится анализ сезонной изменчивости сгонно-нагонных колебаний.