РАХМАТУЛЛІНА ЕЛЬМІРА РАВІЛЬЇВНА. ГІДРОЛОГІЧНИЙ РЕЖИМ РІЧОК БАСЕЙНУ ПІВДЕННОГО БУГУ В ЗИМОВИЙ ПЕРІОД В УМОВАХ ЗМІН КЛІМАТУ : РАХМАТУЛЛИНА ЭЛЬМИРА РАВИЛЬЕВНА. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕЧЕЙ БАССЕЙНА ЮЖНОГО БУГА В ЗИМНИЙ ПЕРИОД В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА RAKHMATULLINA ELMIRA RAVILIVNA. HYDROLOGICAL REGIME OF THE RIVER BASIN OF THE SOUTHERN BUG BASIN IN THE WINTER PERIOD IN THE CONDITIONS OF CLIMATE CHANGE

Краткое описание

РАХМАТУЛЛІНА ЕЛЬМІРА РАВІЛЬЇВНА. Назва дисертаційної роботи: "ГІДРОЛОГІЧНИЙ РЕЖИМ РІЧОК БАСЕЙНУ ПІВДЕННОГО БУГУ В ЗИМОВИЙ ПЕРІОД В УМОВАХ ЗМІН КЛІМАТУ"

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
На правах рукопису
Рахматулліна Ельміра Равільївна
УДК:551.583.1+556:[12;047;535]
ГІДРОЛОГІЧНИЙ РЕЖИМ РІЧОК БАСЕЙНУ ПІВДЕННОГО БУГУ В
ЗИМОВИЙ ПЕРІОД В УМОВАХ ЗМІН КЛІМАТУ
11.00.07 – гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія
Дисертація на здобуття наукового ступеня
кандидата географічних наук
Науковий керівник:
Гребінь Василь Васильович
доктор географічних наук, професор
кафедри гідрології та гідроекології
Київ - 2015
2
ЗМІСТ
ВСТУП ......................................................................................................................... 5
РОЗДІЛ 1 ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ДОСЛІДЖЕННЯ ........ 11
1.1. Зимовий режим річок та його характеристика............................................. 11
1.1.1. Поняття «зимовий період» ....................................................................... 13
1.1.2. Водний режим річок протягом зимового періоду.................................. 15
1.2. Аналіз досліджень режиму річок в зимовий період .................................... 16
1.3. Основні характеристики льодового режиму річок ...................................... 20
1.3.1. Фактори формування льодового покриву............................................... 20
1.3.2. Терміни настання льодових явищ............................................................ 22
1.3.3. Льодостав та характеристики льодового покриву ................................. 24
1.3.4. Характеристики товщини льоду .............................................................. 25
1.3.5. Процеси скресання на річках ................................................................... 26
1.4. Використанні дані та їх аналіз....................................................................... 28
1.5. Методи обробки даних спостережень........................................................... 40
1.6. Оцінка однорідності даних спостережень .................................................... 48
1.7. Вибір періодів дослідження та його обґрунтування.................................... 62
Висновки до розділу 1............................................................................................ 67
РОЗДІЛ 2 УМОВИ ФОРМУВАННЯ СТОКУ ЗИМОВОГО ПЕРІОДУ В
БАСЕЙНІ ПІВДЕННОГО БУГУ ............................................................................. 69
2.1. Гідрографічна характеристика басейну ........................................................ 69
2.2 Фізико-географічні умови формування стоку............................................... 72
2.2.1 Геологічна будова та рельєф..................................................................... 72
2.2.2 Гідрогеологічні умови................................................................................ 74
2.2.3 Ґрунтовий та рослинний покрив ............................................................... 76
2.3 Кліматична характеристика території басейну протягом холодного
півріччя .................................................................................................................... 78
2.4 Характеристика водного режиму річок басейну........................................... 80
3
2.5 Загальна характеристика господарського комплексу басейну Південного
Бугу та його вплив на умови формування стоку................................................. 85
Висновки до розділу 2............................................................................................ 93
РОЗДІЛ 3 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗИМОВОГО РЕЖИМУ РІЧОК БАСЕЙНУ ТА
ЇХ СУЧАСНІ ЗМІНИ................................................................................................ 94
3.1 Аналіз сучасних змін температури приземного шару повітря та кількості
опадів в межах басейну.......................................................................................... 94
3.2. Термічний режим річок та його багаторічна динаміка ............................. 105
3.3. Сучасні зміни елементів водного режиму річок басейну протягом
зимового періоду .................................................................................................. 117
Висновки до розділу 3.......................................................................................... 126
РОЗДІЛ 4 АНАЛІЗ ЗМІН ХАРАКТЕРИСТИК ЛЬОДОВОГО РЕЖИМУ........ 127
4.1. Терміни настання льодових явищ та встановлення стійкого льодоставу127
4.2. Товщина льодового покриву........................................................................ 136
4.3. Процеси скресання та очищення від льоду на річках басейну Південного
Бугу ........................................................................................................................ 140
Висновки до розділу 4.......................................................................................... 143
РОЗДІЛ 5 ОЦІНКА ТЕНДЕНЦІЙ МАЙБУТНІХ ЗМІН ХАРАКТЕРИСТИК
ТЕРМІЧНОГО ТА ЛЬОДОВОГО РЕЖИМУ РІЧОК БАСЕЙНУ ПІВДЕННОГО
БУГУ......................................................................................................................... 144
5.1. Алгоритм оцінки тенденцій змін характеристик гідрологічного режиму в
зимовий період...................................................................................................... 144
5.2. Взаємозв’язок характеристик термічного та льодового режиму річок
басейну з температурою повітря ........................................................................ 145
5.3. Основні сценарії зміни клімату та прогнозні значення кліматичних
характеристик для території басейну................................................................. 159
5.4. Оцінка тенденцій змін характеристик термічного та льодового режиму
річок басейну на майбутній період..................................................................... 163
Висновки до розділу 5.......................................................................................... 167
ВИСНОВКИ............................................................................................................. 168
4
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ............................................................... 170
ДОДАТКИ................................................................................................................ 188
ДОДАТОК А............................................................................................................ 189
ДОДАТОК Б ............................................................................................................ 210
ДОДАТОК В............................................................................................................ 219
ДОДАТОК Г ............................................................................................................ 221
ДОДАТОК Д............................................................................................................ 223
ДОДАТОК Е ............................................................................................................ 225
5
ВСТУП
Актуальність теми. Клімат Землі протягом останніх десятиріч ХХ  на
початку ХХІ сторіччя зазнає суттєвих змін, які найбільш чітко проявляються у
підвищенні температури приземного шару повітря. Гідрологічний режим річок
є достатньо чутливим до кліматичних змін, особливо в зимовий період, тому
дослідження характеристик гідрологічного режиму, а також їх змін, окрім
практичного інтересу з боку різних галузей господарства, які пов’язані з
використанням річок, мають вагоме значення для фундаментальної науки.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Важливість передбачення стану водних об’єктів України у наступні роки
відображено у Постанові Кабінету Міністрів України № 468 від 10 квітня 2006
р. «Про порядок координації заходів щодо виконання зобов’язань України за
Рамковою конвенцією Організації Об’єднаних Націй про зміну клімату та
Кіотським протоколом до зазначеної Конвенції», в якій відзначається
необхідність проведення заходів щодо пом’якшення наслідків зміни клімату та
забезпечення проведення досліджень, пов’язаних із змінами клімату.
Зміст дисертаційної роботи відповідає статтям 4 і 12 Рамкової конвенції
ООН про зміну клімату (ратифіковано Україною 29 жовтня 1996 р.), і статті 7
Кіотського протоколу до Рамкової конвенції (ратифіковано 4 лютого 2004 р.),
Національному плану дій з охорони навколишнього природного середовища на
2011-2015 рр. (Розпорядження Кабінету Міністрів України № 577-р від
25.05.2011 р.), Загальнодержавній цільовій програмі розвитку водного
господарства та екологічного оздоровлення басейну Дніпра на період до 2021 р.
(Закон України від 24.05.2012 р.).
Дисертаційна робота виконувалася в рамках науково-дослідної роботи
кафедри гідрології та гідроекології географічного факультету Київського
національного університету імені Тараса Шевченка, зокрема її результати
впроваджено при виконанні госпрозрахункових НДР на замовлення
Державного агентства водних ресурсів України: «Оцінка впливу сучасних змін
6
клімату на водність річок Закарпаття з метою прийняття управлінських рішень»
(№ д.р. 0110U005514, 2010 р.), «Оцінка впливу сучасних змін клімату на
водність річок Прут та Сірет з метою прийняття управлінських рішень» (№ д.р.
0111U008339, 2011 р.), а також в рамках міжнародного проекту «Зміни клімату
та безпека в басейні річки Дністер», що виконується Європейською
економічною комісією ООН та Організацією з безпеки та співробітництва в
Європі (ОБСЄ) протягом 2014-2015 рр.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є оцінка характеристик
гідрологічного режиму річок басейну Південного Бугу в зимовий період та їх
реакції на зміни температури повітря в останні десятиріччя.
Для реалізації поставленої мети вирішували наступні завдання:
 аналіз результатів попередніх досліджень змін гідрологічного
режиму річок під впливом кліматичних змін;
 створення бази даних гідрологічних і кліматичних характеристик
зимового періоду по басейну Південного Бугу за період із 1945 р. по 2011 р.;
 перевірка даних спостережень на однорідність у зв’язку зі змінами
кліматичних умов;
 виявлення характерних особливостей просторово-часового
розподілу характеристик гідрологічного режиму річок у зимовий період та їх
змін по території басейну Південного Бугу протягом досліджуваного періоду
(1945-2011 рр.);
 побудова розрахункових залежностей характеристик зимового
режиму річок басейну від температури повітря з метою оцінки тенденцій їх
майбутніх змін;
 оцінка тенденцій змін досліджуваних характеристик на період до
2050 р.
Об’єктом дослідження є річки басейну Південного Бугу.
Предметом дослідження є характеристики гідрологічного режиму річок
басейну Південного Бугу в зимовий період, їх просторовий та часовий розподіл
в умовах зміни клімату.
7
Методи дослідження. Методичною основою дисертаційного
дослідження слугували положення, підходи та принципи класичної гідрології та
сучасної гідроекології. Перевірка досліджуваних рядів на однорідність
проводилась статистичними методами за допомогою комп’ютерної програми
StokStat та гідролого-генетичними методами на основі побудованих сумарних
та різницевих інтегральних кривих. Для кількісної оцінки змін характеристик
зимового режиму річок басейну Південного Бугу в сучасних кліматичних
умовах використано стандартні статистичні методи обробки багатовимірних
просторово-часових даних. Для оцінки закономірностей часової динаміки
температури повітря, оцінки циклічності її коливання і вибору часових періодів
здійснено побудову й аналіз різницевих інтегральних кривих.
Застосовано загальні принципи оцінки точності та справджуваності
методики прогнозування характеристик термічного та льодового режимів річок
басейну Південного Бугу.
Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що на основі
аналізу багаторічних даних спостережень Гідрометслужби України визначено
закономірності впливу зміни клімату на характеристики зимового режиму річок
басейну Південного Бугу, а саме:
Вперше для басейну Південного Бугу:
 здійснено комплексну оцінку рядів гідрометеорологічних
спостережень метеостанцій та гідрологічних постів басейну з використанням як
гідролого-генетичних, так і статистичних методів;
 проаналізовано сучасні зміни кліматичних характеристик в межах
басейну Південного Бугу;
 здійснено аналіз змін характеристик водного режиму річок басейну
в зимовий період;
 досліджено характеристики термічного та льодового режиму річок
басейну Південного Бугу та їх сучасні зміни;
8
 зроблено оцінку зв’язку характеристик зимового режиму річок
басейну з температурою повітря на основі побудованих графічних
розрахункових залежностей;
 проаналізовано тенденції змін гідрометеорологічних характеристик
на період до 2050 р. на основі розрахункових залежностей та прогнозних
значень температури повітря, отриманих за допомогою регіональної
кліматичної моделі REMO.
Удосконалено:
 методичні підходи до досліджень змін гідрологічного режиму річок,
зумовлених змінами клімату;
 оцінку закономірностей змін кліматичних чинників у період
значущих змін термічного режиму території України;
 методи оцінки однорідності рядів спостережень.
Дістали подальший розвиток:
 аналіз впливу змін клімату на гідрологічний режим річок;
 дослідження льодового та термічного режиму річок.
Практичне значення одержаних результатів. Отримані в дисертації
результати щодо змін характеристик зимового режиму річок басейну
Південного Бугу можуть бути використані для удосконалення методик
гідрологічних розрахунків та оцінок тенденцій довгострокових змін
гідрологічних характеристик; для оцінки впливу природних та антропогенних
чинників формування зимового режиму річок; для розробки і впровадження
водоохоронних заходів у межах басейну; для викладання спецкурсів у вищих
навчальних закладах за напрямом “Гідрометеорологія”. Практичне значення
отриманих результатів полягає в тому, що вони є необхідними для
судноплавства (встановлення дат початку та закінчення навігації),
гідроенергетики (зміни режиму роботи ГЕС), рибного господарства, яке
активно розвивається на території басейну (уникнення замору риби), для
будівництва та експлуатації гідротехнічних споруд у зимовий період та інших
9
галузей господарства, які безпосередньо пов’язані з використанням водних
об’єктів басейну.
Особистий внесок здобувача. Постановку наукового завдання здійснено
здобувачем спільно з науковим керівником, якому належить теоретичне
підґрунтя досліджень. Особистий внесок автора полягає у формуванні банку
гідрометеорологічних даних (середньомісячні значення температури води та
повітря; середньомісячна кількість опадів; середньомісячні значення рівнів та
витрат води; середні та максимальні швидкості течії; характеристики льодового
режиму), їх систематизації та узагальненні, визначенні залежностей між
досліджуваними характеристиками, проведенні гідролого-генетичного та
статистичного аналізу, побудові розрахункових залежностей характеристик
зимового режиму річок від температури повітря та оцінці залежностей і
тенденцій їх розвитку, а також узагальненні на основі розрахункових
залежностей тенденцій змін характеристик зимового режиму на період до
2050 р.
Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати
дисертації доповідались на Всеукраїнській науковій конференції «Гідрологія,
гідрохімія, гідроекологія» (м. Чернівці, 2011 р.); науково-практичній
конференції, присвяченій 95-річчю заснування Національної академії наук
України «Актуальні проблеми сучасної гідроекології» (м. Київ, 2013 р.); VІІ
Всеросійському гідрологічному з’їзді (м. Санкт-Петербург, 2013 р.); ІХ
Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та
молодих вчених «Молоді науковці – географічній науці» (м. Київ, 2013 р.);
Всеукраїнській науковій конференції з міжнародною участю «Проблеми
гідрології, гідрохімії, гідроекології» (м. Дніпропетровськ, 2014 р.);
Всеукраїнській науково-практичній конференції «Лимани північно-західного
Причорномор’я: сучасний гідроекологічний стан, проблеми водного та
екологічного менеджменту та шляхи їх вирішення» (м. Одеса, 2014 р.);
Міжнародній науковій конференції молодих вчених «Сучасна
гідрометеорологія: актуальні проблеми та шляхи вирішення» (м. Одеса,
10
2014 р.); Міжнародній науковій конференції «Проблемы
гидрометеорологического обеспечения хозяйственной деятельности в условиях
изменяющегося климата» ( г. Минск, 2015 г.); на наукових семінарах кафедри
гідрології та гідроекології Київського національного університету імені Тараса
Шевченка.
Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 наукових праць,
зокрема 8 статей (з них 6 статей у фахових періодичних наукових збірниках,
рекомендованих ДАК України, серед яких 1 одноосібна, 1 стаття в іноземному
виданні) та 8 тез доповідей на наукових конференціях.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі
вступу, п’яти розділів, висновків, п’яти додатків та списку використаних
літературних джерел (174 найменування). Основний зміст, разом із 66
рисунками і 23 таблицями, викладено на 158 сторінках машинописного тексту.
Загальний обсяг дисертації  256 сторінок

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі на основі проведених досліджень характеристик
гідрологічного режиму річок басейну Південного Бугу в зимовий період
оцінено їх реакцію на зміни кліматичних умов впродовж останніх десятиріч. За
результатами досліджень можна зробити наступні висновки:
1. Аналіз попередніх теоретичних напрацювань та проведені нами
емпіричні дослідження дають підставу визначити, що зимовий період на річках
басейну Південного Бугу співпадає з кліматичним холодним півріччям і триває
з листопада до квітня. Оцінка однорідності рядів даних гідрометеорологічних
спостережень, виконана за допомогою комплексу гідролого-генетичних і
статистичних методів, дає підставу стверджувати про зміни характеристик
зимового режиму річок басейну за останні десятиріччя;
2. Шляхом аналізу багаторічних коливань значень середньої річної та
середніх сезонних температур повітря в межах басейну за багаторічний період
визначено початок періоду сучасної хвилі потепління (1989 р.), обумовленої,
переважно, зростанням температури зимового та весняного сезонів. Цей рік є,
також, переломним у коливаннях температури води річок басейну та
характеристик їх льодового режиму. Обрання 1989 р. як року порушення
стаціонарності рядів спостережень підтверджується гідролого-генетичними та
статистичними методами аналізу однорідності рядів;
3. Встановлено закономірності зміни кліматичних характеристик в
межах басейну за період 1989-2011 рр. по відношенню до попереднього періоду
(1951-1988 рр.). Виявлено, що зростання середньої річної температури повітря
за цей період становить 1,0 ºС. При цьому за зимовий сезон величина зростання
становить 1,4 ºС, весняний – 1,2 ºС. Певні зміни відбулися у величині
зволоження басейну, що більш суттєво проявляються в осінній та зимовий
сезони та майже не відчуваються у весняний. Так, зокрема, за жовтеньлистопад кількість опадів по басейну в цілому збільшилась на 7%; за зимовий
сезон зменшення кількості опадів становить 12%;
169
4. Підвищення температури приземного шару повітря призвело до
відповідних змін термічного режиму річок басейну впродовж зимового періоду.
Виявлено тенденцію до зростання температури води всіх місяців цього періоду
за останні два десятиріччя. Найбільше зростання температури води
спостерігається у весняні місяці (березень-квітень) і становить 1,5 – 1,7 ºС;
5. Зміни водного режиму річок басейну протягом зимового періоду
також відповідають змінам складових водно-теплового балансу. Якщо на
початку періоду (листопад) річки характеризується зростанням водності
(відповідно до зростання кількості атмосферних опадів) в середньому по
басейну на 23%, то впродовж зимових місяців (грудень-лютий) та, особливо, у
період весняного водопілля (березень-квітень) мають тенденцію до зменшення
водності впродовж останніх десятиріч. Для періоду зимової межені зменшення
становить – 3%, а для періоду весняного водопілля – 37%. Аналогічні зміни
відбуваються у режимі рівнів води та швидкостей течії річок басейну;
6. Нестійкий термічний режим басейну Південного Бугу протягом
останніх десятиріч визначає нестабільність в термінах настання окремих фаз
льодових явищ. Відповідно до змін температури повітря та води, найбільш
суттєві зміни властиві періоду льодоставу (скорочення його тривалості на 23-30
діб у різних частинах басейну, зменшення середньої (на 3-6 см) та
максимальної (на 9-11 см) товщини льоду) та періоду скресання річок
(відбувається на 18-19 діб раніше, ніж у попередній період). Мінімальні зміни
властиві періоду появи осінніх льодових явищ;
7. На основі побудованих розрахункових залежностей характеристик
термічного та льодового режимів річок від характеристик термічного режиму
повітря та використаних проекцій змін температури повітря (регіональна
кліматична модель REMO) оцінено тенденції змін окремих характеристик
термічного та льодового режиму річок басейну на період 2031-2050 рр.
Результати досліджень свідчать, що сформована в кінці ХХ, на початку ХХІ ст.
тенденція до підвищення температури приземного шару повітря та зміни
основних характеристик льодового та термічного режиму річок басейну матиме
подальший розвиток.