Максимальный сток рек весеннего половодья рек Тюменской области

Температура воздуха.  Для температурного режима рассматриваемой территории характерны суровая продолжительная зима, сравнительно короткое, но жаркое лето, короткие переходные сезоны – весна и осень, поздние весенние и ранние осенние заморозки, короткий безморозный период. Средние температуры января распределяются следующим образом: в заполярье с запада на восток температура понижается от -20 до -27°, на всей остальной территории изотермы располагаются с юго-запада на северо-восток и температура колеблется от -17 до -25°. В теплый период года изотермы располагаются в широтном направлении. Средние месячные температуры июля колеблются в пределах от 4°на крайнем севере до 19° на юге территории. От степени атмосферного увлажнения за холодный сезон ( в пределах Тюменской области приходится 20-30%)  зависит максимальный сток рек.

Осадки. Количество и распределение осадков определяются главным образом общей циркуляцией атмосферы, в частности фронтальной деятельностью западных циклонов,  наиболее развитой в средней полосе Западно-Сибирской равнины. Наибольшее годовое количество осадков (500-650 мм) выпадает в лесной зоне. Увеличение осадков в этой зоне связано с наибольшим развитием циклонической деятельности. К северу и к югу от этой зоны количество осадков убывает и в северной тундре на побережье Карского моря составляет всего лишь 300-350 мм. На юге, в степной зоне, количество осадков не превышает 400 мм. Области наибольшего количества осадков приурочены к облесенным водоразделам, так как широкие плоские долины крупных рек оказывают заметное влияние в сторону уменьшения осадков. Основная часть области относится к зоне избыточного увлажнения, что обуславливает относительно высокий максимальный сток рек Тюменской области.                                                                                                            Снежный покров. В связи с огромной протяженностью территории с севера на юг снежный покров характеризуется значительной разницей дат его появления. Ранее всего он появляется в заполярных районах Тюменской области (в последней пятидневке сентября). В таежной зоне он появляется в первой декаде октября. Высота снежного покрова на защищенных от ветра местах на северо-востоке таежной зоны 85-90 см, на северо-западе таежной зоны 70-80 см; к югу от 62° с. ш. высота снежного покрова увеличивается с запада на восток от 60 до 80 см; в лесостепной зоне она убывает с севера на юг от 60 до 45 см. Разрушение устойчивого снежного покрова происходит значительно быстрее, чем его образование. Интенсивность схода зависит от местных условий. На пониженных защищенных местах и в лесной зоне таяние снега происходит медленнее, на возвышенных и открытых местах быстрее. На юге территории поля освобождаются от снега в начале апреля, на севере только в третьей декаде июня. Запасы воды в снеге к концу зимы изменяются от 80 мм на юге и до 140 мм на северо-востоке территории.                                                                                                                                 

Влажность воздуха. Годовой ход упругости водяного пара (абсолютная влажность), содержащегося в воздухе, аналогичен ходу температуры воздуха: наименьшие значения ее наблюдаются зимой в январе и феврале, наибольшие в июле. Под влиянием циркуляционных условий зимнего периода влагосодержание убывает с юго-запада на северо-восток.        

Ветер. Самые большие средние годовые скорости ветра (6-7 м/с) отмечаются в Заполярье, несколько меньшие (4-5 м/с) – в степной и лесостепной полосе; наименьшие - в таежной зоне (2-4 м/с). В зимнее время в Заполярье преобладают южные ветры, на всем пространстве  к югу от полярного круга юго-западные и южные. Летом преобладают северные и северо-западные ветры [1,2,3].              

                                      1.6 Гидрографическая сеть

Гидрографическая сеть тюменской  области принадлежит бассейну Карского моря и представлена большим количеством  рек и речек с постоянным течением. Наиболее значительными реками являются Иртыш и его притоки Ишим, Вагай, Омь, Тара, Демьянка, Конда, притоки Оби Сев.Сосьва и Полуй, реки Обской и Тазовской губ (Пур, Таз, Надым). Данная территория отличается исключительным обилием озер. Всего их насчитывается около 450 тысяч. Озера в основном небольшие, с площадью зеркала менее 1 км², с глубинами от 2 до 5 м. встречаются и крупные озера с большой площадью и значительными глубинами. Характерной особенностью территории является так же большое распространение болот. В некоторых районах (верховья р. Оми, бассейн р.Конды) заболоченность достигает 70%. В пределах рассматриваемой территории имеется свыше 70 тысяч водотоков. Малые водотоки длиной менее 10 км составляют 89% общего количества. Наибольшей густоты речная сеть достигает на севере территории на возвышенных местах в районах, богатых осадками. У большинства рек широкие долины, двусторонние поймы, извилистые русла и малые уклоны. Только у некоторых рек, берущих начало с гор, узкие долины изменяют ясно выраженный характер, изрезаны оврагами, поймы неширокие, русла глубоко врезаны, уклоны значительные. Густота речной сети способствует хорошему увлажнению территории, а значит высокой влажность воздуха и как следствие выпадению большого количества осадков, что напрямую связано с максимальным стоком.[9,12].         

1.7 Подземные воды

По основным особенностям формирования подземных вод зоны свободного водообмена и их взаимосвязи  с реками в пределах Тюменской  области целесообразно выделить следующие районы: бассейн Нижнего  Иртыша, бассейнов Нижней Оби и рек Надыма, Пура и Таза и небольшой район бассейнов реки Кары и верховий Сев. Сосьвы и других более мелких притоков Нижней Оби. Особенности формирования подземных вод и их связи с реками первых двух районов определяются незначительным уклоном поверхности, слабой эрозионной расчлененностью местности в сочетании с ярусным расположением водоносных и водоупорных пластов, имеющих малое падение к центральной части бассейна. В связи с этим такие водоносные комплексы повсеместно находятся в условиях затрудненного водообмена, а формирование подземного притока в реки и озера осуществляется преимущественно за счет подземных вод в континентальных олигоценовых и четвертичных отложениях. Относительно слабая водоносность толщи определяет небольшой подземный приток в реки и озера (0,5-1 л/сек км²). При этом наблюдается равномерное нарастание величин подземного стока с юга на север. Наибольшая величина подземного притока в реки (до 3-3,5 л/сек км²) наблюдается на территории Сибирских увалов, что связано с находящейся здесь областью повышенных атмосферных осадков и широким распространением песчаных флювиогляциальных отложений четвертичного возраста. К северу от увалов наблюдается ослабление подземного питания 0,5 л/сек км², связанное с увеличением распространения многолетней мерзлоты. К югу от увалов наблюдается понижение подземного стока до 2 л/сек км² в связи с общей сухостью климата. Для водосборов с болотами верхового типа можно предполагать, что отмечаемые в этом случае уменьшения подземного притока в реки с увеличением заболоченности связано с более высоким испарением с поверхности болот, перераспределением составляющих стока и меньшими глубинами вреза гидрографической сети, характерных для заболоченных территорий. В бассейнах рек с болотами низинного и переходного типов уменьшение подземного притока в речную сеть может происходить главным образом из-за потерь подземного стока в границах болот, где имеет место повышенное испарение [13].                               

1.8 Почвы и растительность

Зональное распределение  количества тепла и влаги обуславливает  и зональное распространение  типов почвенного покрова и типов  растительности. Строго широтно сменяются  природные зоны – тундры, лесотундры, тайга, лесостепь и степь. В типичной тундре к югу от 70° с. ш., развиты торфянисто - поверхностно-глеевые суглинистые почвы. Растительность тундры представлена мхами и лишайниками. В слаборазвитом травянистом покрове преобладают осока, куропаточья трава, пушица, наиболее распространенный кустарник – карликовая береза. В лесотундровой зоне почвы- переходные от торфяно-глеевых к подзолисто-глеевым. В лесотундре среди редких елово-лиственничных участков леса основу растительного покрова составляют лишайники и мхи. Хорошо развита карликовая береза и кустарниковая ольха, богульник и голубика. На севере таежной зоны преобладают почвы торфяно-болотистого типа, при движении к югу больший процент занимают подзолистые почвы. На самом юге таежной зоны почвы дерново-подзолистые. Характерной чертой растительного ландшафта является наличие сфагновых болот. На севере таежной зоны распространены заболоченные елово-лиственничные леса. Кустарниковый ярус состоит из карликовой березы и болотных полукустарников. Ниже расположена кедрово-болотная подзона. В лесах преобладает кедр; встречаются смешанные леса, в составе которых – сосна, ель, лиственница, пихта, береза, осина. Южнее распространены леса из пихты, ели, кедра. В лесостепи распространены солончаковые почвы. В южной лесостепи - средние черноземы. Древесная растительность состоит из пушистой березы с примесью осины, в подлеске - ивы. В составе травяного покрова наблюдаются лугово-болотные виды: вейник, осока, пырей, чина, клевер, мышиный горошек и др. Характер растительности и почвенного покрова оказывает влияние на уровень максимального стока( влияет залесенность, дренированность территории, механический состав почв, их структура и др.). Почвы оказывают локальное влияние на максимальный сток. Непосредственное влияние растительности на сток сравнительно невелико. Не все осадки достигают поверхности почвы. Часть их задерживается кроной деревьев (в хвойном лесу больше, в лиственном меньше) и испаряется [13].       

1.9 Особенности распределения максимального стока рек по территории Тюменской области

На реках бассейнов  Нижнего Иртыша, Нижней Оби и реках  Обской и Тазовской губ весеннее половодье по объему и величине максимального  расхода превышает дождевые паводки. В отдельные годы дождевые паводки  могут  превышать по величине максимальные расходы весеннего половодья, однако дождевые максимумы редкой повторяемости  на всех реках (за исключением р. Конды) ниже соответствующих расходов половодья. Вытянутость рассматриваемой территории в меридиональном направлении, от степи  на юге до тундры на севере, и связанные  с этим широтные изменения климатических  факторов, растительности и заболоченности обусловили многообразие форм гидрографов  половодья.                                    Для степи и южной лесостепи  характерны одновершинные гидрографы весеннего половодья с резким подъемом и спадом. Половодье начинается в конце марта - начале апреля и  продолжается на средних реках 20-30 дней, а в годы со значительными осадками в весенний период 1,5-2 месяца. На малых  реках и временных водотоках  половодье продолжается 15-20 дней. В  период половодья проходит  80-97 % объема годового стока, а на временных водотоках–до100%.      

На реках лесной зоны половодье  одновершинное, растянутое во времени. Увеличение продолжительности половодья  обусловлено регулированием стока  болотами и лесом, а также выпадением жидких осадков на спаде половодья. Продолжительность половодья на средних реках обычно равна 2,5-3 месяцам. В половодье проходит 45-70 % объема годового стока. В подзоне мелколиственных  лесов и южной тайге половодье  наступает в середине апреля, в  средней и северной тайге –  в конце апреля – первой декаде мая. На реках южной тайги подъем половодья продолжается 10-15 дней, наибольшие расходы воды наблюдаются от 5-10 до 20 дней и более, затем происходит медленный спад до установления летней межени. На реках северной тайги  гидрограф половодья сохраняет  в основном те же черты, что и на реках южной тайги, за исключением пика половодья. Наибольшие расходы наблюдаются в течении 1-5 дней.                                        

Половодье на реке Конде  отличается наибольшей продолжительностью (4-5 месяцев). В годы с обильными  летне-осенними осадками дождевые паводки  на р. Конде превышают максимумы  весеннего половодья.                             Реки, стекающие с восточного склона Урала, имеют многовершинные гидрографы половодья, обусловленные возвратом  холодов и осадками, выпадающими  в период снеготаяния. Средняя дата наступления начала половодья изменяется от первой декады апреля на юге до конца  третей декады апреля – начала мая  на севере. Средняя продолжительность  половодья 2-2,5 месяца. Объем стока  за половодье составляет 45-60% годового [13].         

Средний слой стока половодья  на Западно-Сибирской равнине распространяется неравномерно ( Приложение 1). Максимум приходится на северные районы 200-250 мм (Пур, Таз, Надым и др.). К югу слой стока уменьшается. В пределах Ямало-Ненецкого автономного округа слой стока составляет 80-150 мм. Минимальный слой стока на юге области от 80 до 10 мм и менее [1]. Вообще для рек Тюменской области характерно чрезмерно затяжное половодье. Лишь реки южных районов отличаются бурным кратковременным половодьем и быстрым спадом вод. На остальной территории половодье растягивается на два-три летних месяца. Подъем воды идет очень быстро, а высокий уровень держится долго и спад очень медленно. Это связано с особенностями рельефа, замедляющими сток, а также с тем, что основные водные артерии Тюменской области- Обь, Иртыш и Енисей- текут с юга, где раньше начинается половодье. В результате эти многоводные реки вызывают подпоры на притоках из среднего и нижнего течения. Длительное весеннее - летнее половодье сильно ослабляют дренирующую роль рек и даже превращает их из фактора дренажа в фактор застоя и временного накопления вод (Приложение 2).

Ледостав на реках юга  Тюменской области продолжается пять месяцев в году, а на северных до семи-восьми месяцев (Приложение 3). В период весеннего ледохода на крупных реках возникают мощные ледяные заторы, так как вскрытие начинается в верховьях, постепенно распространяясь к северу. Продолжительность ледохода в низовьях Оби и Енисея около месяца [11].                                          

Глава II. Антропогенные факторы формирования максимального весеннего стока рек Тюменской области

1. Водохранилища

Наиболее сильное влияние  на речной сток оказывают водохранилища. Степень этого влияния на различные характеристики стока находится в зависимости от регулирующей способности водохранилища (месячное, сезонное, многолетнее), что определяется его рабочим объёмом. Водохранилища задерживают сток и увеличивают испарение, особенно в зоне недостаточного увлажнения. Из них забирается вода на орошение и водоснабжение. Часть стока расходуется на заполнение ложа водохранилищ. Она тем больше, чем крупнее водохранилище.

Сооружение водохранилищ может повлечь за собой уменьшение общих ресурсов пресной воды за счет дополнительных потерь на испарение, величина которых в отдельных районах  составляет немалую долю в общем  объеме безвозвратного водопотребления. Суммарные безвозвратные потери воды в бассейне реки за счет сооружения и эксплуатации водохранилищ складываются на изменении величин испарения  с зон затопления и подтопления, а также с участков пойм и дельты в нижнем бьефе, обусловленных изменением их заливаемости.

С точки зрения влияния  водохранилищ на суммарный сток реки в нижележащих створах важно  оценить не только дополнительные потери на испарение, но и затраты воды на заполнение мертвого объема водохранилищ и пополнение подземных вод, которые  представляют собой временные потери, действующие в период с момента  заполнения водохранилища до наступления  установившегося режима подземных  вод (если отсутствует постоянный подземный  отток воды из водохранилища за пределы водосбора).

Водохранилища существенно  преобразуют или даже полностью  изменяют гидрологический режим  рек. Водный режим рек по сезонам  года выравнивается, резко меняется сток наносов, температурный и ледовый режим ниже водохранилища. Происходит  перераспределение стока по длине реки.

Наибольшее влияние водохранилища  оказывают на максимальный сток малых рек, а также некоторых больших. На малых реках в засушливые годы весь сток может аккумулироваться в водохранилище. На больших реках создаются очень крупные водохранилища, требующие много воды на их заполнение и испарение с поверхности воды и прилегающих территорий.