1. Введение

Применение интегральных аналитических показателей — таких как расходы воды в устьях рек в меженные периоды и значения модуля подземного питания, формирующегося в пределах отдельных бассейновых пространств, — позволяет не только охарактеризовать текущие условия водности, но и выявлять нестандартные, порой беспрецедентные гидрологические явления. Так, зафиксированное 60-кратное увеличение водности дренажных притоков рек Шешма и Степной Зай представляет собой яркий пример значительных изменений, происходящих в региональной речной сети под воздействием как природных, так и антропогенных факторов [1]. Проведённые за последние 15 лет масштабные исследования более чем 5000 речных бассейнов республики позволяют с высокой степенью достоверности утверждать, что малые (длиной менее 5 км) коренные водотоки постепенно исчезают. Мы связываем это с процессами перераспределения подземного стока, вызванного подпором крупных водохранилищ, который, в свою очередь, приводит к передислокации грунтовых и артезианских водоносных горизонтов. В то же время более крупные реки, тальвеги которых прорезают базис эрозии, демонстрируют устойчивую тенденцию к увеличению водности [2], [3].

Наличие в базе данных автоматизированной системы оценки водных ресурсов достаточного массива цифровой информации, включающей как натурные показатели измеренных и расчётных расходов воды, так и данные гидрометеорологической сети УГМС Республики Татарстан, позволяет применять статистически обобщённые характеристики для анализа многолетних изменений. Особенно важно это в условиях фиксирующегося на протяжении последних десятилетий тренда глобального и регионального потепления климата, которое оказывает прямое влияние на формирование водности рек. С этой целью в анализ были включены ряды наблюдений длительностью более 25 лет [4], [5], [6].

Работа направлена на комплексную оценку многолетних изменений водности рек Республики Татарстан с использованием интегральных гидрологических показателей, что позволяет выявить тенденции трансформации речной сети под воздействием природных и антропогенных факторов в условиях изменения климата.

2. Материалы и методы исследования

Для детального исследования вклада метеорологических условий в процессы формирования руслового стока в качестве объектов были выбраны реки с наиболее непрерывными и достоверными метеорологическими и гидрологическими наблюдениями: Малый Черемшан (длина русла — 188,1 км, код ГВР 11010000412112100005084), Шешма (длина — 234,1 км, код ГВР 11010000212112100003525) и Свияга (длина — 377,4 км, код ГВР 08010400712112100001968) [7], [8], [9].

Исходными послужили данные с гидро- и метеопостов УГМС за 88 лет с 1934 г. по 2022 г. Для исключения случайной составляющей в динамике изменений применялась скользящая медиана за 31 год со смещением на 10 лет. Использовались данные по суммарным су точным осадкам: зимний период вместе с периодом половодья — за ноябрь, декабрь предыдущего года и январь-апрель текущего года, летне-осенний период — май-октябрь, летняя межень — август. Для контроля использовались среднегодовые расходы и данные по среднемесячным расходам: за апрель — как основной месяц половодья и август — межени. Для более точного автоматического выделения периода половодья и получения суммарного посуточного расхода за весь период половодья и оценки его водности использовались величины среднесуточных расходов воды [10]. Существенное затруднение представляет ограниченность и прерывистость наблюдений на отдельных метеостанциях. Наиболее информативным в этом отношении является пост в г. Елабуга (код 28506), функционирующий с 1959 года и предоставляющий данные за 66 лет. Для восполнения недостающих участков временных рядов были использованы сведения с постов г. Казань (код 27595) и н.п. Чулпаново Нурлатского муниципального района (код 28704). Что касается гидропостов, то анализ включал посты Слобода Петропавловская (код 77179) и Кичуй — Утяшкино (код 77189) по бассейну р. Шешма, Абалдуевка (код 77217) по р. Малый Черемшан, а также Вырыпаевка (код 77140) — по бассейну р. Свияга, удалённому от основных объектов.

В результате выполненного анализа были получены информативные графики, наглядно отражающие долгосрочные изменения в структуре и объёмах водности рассматриваемых речных систем, что позволяет сделать обоснованные выводы о пространственно-временных тенденциях гидрологических процессов на территории Татарстана.

3. Основные результаты

По посту Слобода Петропавловская медианы суммарных посуточных расходов за весь период половодья для последних двух периодов составляет 0.123 км³ (1988–1990 гг., 1992 г., 2008–2014 гг.) и 0.074 км³ (2008–2022 гг.) за половодье. Это свидетельствует о снижении водности весеннего стока. При этом наблюдается существенный прирост расходов воды в межень, а также менее выраженный, но устойчивый прирост среднегодовых расходов. Среднесуточные расходы в апреле, приходящемся на активную фазу половодья, демонстрируют тенденцию к снижению. Это, в свою очередь, вызывает перераспределение месячных долей расходов воды, когда весенний максимум теряет своё доминирующее значение (рис. 1).

По посту Утяшкино (Кичуй) суммарный посуточный расход за весь период половодья медианы за два последних периода составляет 0.054 км³ (1988–1990 гг., 1992 г., 2008–2014 гг.) и 0.042 км³ (2008–2022 гг.) соответственно. Наблюдается существенный прирост расходов воды в межень, и несколько меньший прирост среднегодовых расходов. Среднесуточные расходы в апреле (половодье) снижаются, что приводит к перераспределению месячных долей расходов (рис. 2).

По посту Абалдуевка (Малый Черемшан) также наблюдается заметное увеличение меженных расходов при практически стабильных среднегодовых значениях. Снижение среднесуточных расходов в апреле (период активного половодья) сопровождается уменьшением объёмов воды, приходящихся на автоматически выделенный период половодья (март–май). Это дополнительно подтверждает ранее выявленные тенденции перераспределения водного стока, которые фиксируются при оценке расходов только по апрелю (рис. 3).

По посту Вырыпаевка (Свияга) наблюдается существенный прирост расходов воды в межень при практически неменяющихся среднегодовых расходах. Среднесуточные расходы в апреле (половодье) снижаются. Это приводит к перераспределению месячных долей расходов. Объёмы воды за автоматически выделенный период половодья (март-май) также снижаются, что подтверждает изменение расходов половодья оцениваемых только по апрелю (рис. 4).

Дополнительно были построены графики по осадкам. Наблюдается некоторое увеличение количества осадков в зимний период (ноябрь – апрель), который является основным источником поступления воды в половодье. Для остальных периодов года четкой направленности изменений не выявлено. Это свидетельствует о нестабильности климатических условий и возможной неравномерности распределения осадков по времени (рис. 5).

По количеству осадков в августе (устойчивый меженный период) значительных изменений не отмечается, тенденции колеблются в пределах климатической нормы.

4. Заключение

На всех исследуемых бассейнах объём половодья и вклад половодья в общегодовой сток снижаются. Несмотря на некоторое увеличение осадков в зимний период, при практически сохранившихся объёмах осадков в межень, расходы в межень увеличиваются. Изменения могут быть связаны с уменьшением промерзания почвы в зимний период, что приводит к уменьшению поверхностного стока в половодье. Увеличение просачивания воды осадков зимнего периода увеличивает долю подземного питания рек Республики Татарстан. Более сильное колебание подземного питания в межень в бассейне р. Шешма, возможно, связано с дополнительным антропогенным воздействием.

Метод скользящей медианы показывает реальную картину изменения стока и подтверждает наличие явления потепления климата. 

The additional file for this article can be found as follows: