Водный баланс и уровень моря

Непостоянство уровня поверхности Каспийского моря — одна из главных особенностей его гидрологического режима. В вв. ом ходе уровня Каспийского моря выделяются циклические колебания различной продолжительности.

Вплоть до 30-х гг. текущего столетия водный баланс Каспийского моря формировался под влиянием естественных климатических факторов, в результате их долговременных изменений. С середины 30-х гг. на реках Каспийского бассейна началось интенсивное водохозяйственное строительство, влияние которого стало ощутимо сказываться в 50-е гг. К началу 70-х гг. практически на всех крупных реках бассейна были построены платины, заполнены и пущены в эксплуатацию водохранилища. В результате этого уменьшился объем речного стока и изменилось его внутригодовое распределение. Следовательно, помимо влияния климатических факторов, величина поверхностного притока в море испытывает ощутимое дополнительное влияние антропогенной деятельности.

Поверхностный приток в море складывается из стока рек: Волги, Урала, Терека, Сулака, Самура, Куры, малых кавказских рек и рек Иранского побережья. Волга, бассейн которой составляет около 40% территории водосборного бассейна Каспия, определяет основную часть поверхностного притока к морю, достигающую около 80% общего его объема. Изменения многолетнего сезонного стока Волги в различные отрезки времени достигают значительных величин.

Благоприятные гидрометеорологические условия в бассейне моря, сложившиеся в начале столетия (1900—1929 гг.), обусловили значительный приток речных вод к морю и относительно высокое положение его уровня. В 30-е годы в бассейнах Волги и Урала наблюдался затяжной маловодный период. Величина волжского стока сократилась до 200 км³ в год, в то время как в 1900—1929 гг. она достигала 250 км³ в год. Главная причина этой маловодности — потепление климата, охватившее все северное полушарие. В результате значительно уменьшилось количество атмосферных осадков, главным образом, осенне-зимних, формирующих основной объем стока Волги.

В период 1942—1969 гг. бассейну моря был присущ более умеренный климат, поэтому водоносность рек несколько увеличилась и темпы падения уровня замедлились. Однако в первой половине 70-х годов в бассейне Каспийского моря опять сложились неблагоприятные гидрометеорологические условия, и произошло падение уровня моря до самой низкой отметки за все время проведения инструментальных наблюдений — до -29,0 м (1977 г.). Величина суммарного речного стока в 1970—1977 гг. оказалась даже ниже, чем в период интенсивного падения уровня в 30-х годах. Сток Волги уменьшился до 207 км3/г. и был ниже средней многолетней нормы -238 км3/г. Изменение характера увлажненности в бассейне Каспия, наступившее в конце 70-х гг., привело к увеличению атмосферных осадков, водоносность Волги резко повысилась, и произошел быстрый подъем уровня моря. За столетний период (1900—2000 гг.) разность между максимальным и минимальным поверхностным притоком в море составляет 260 км³. Наибольший суммарный поверхностный приток — около 460 км3 — отмечался в 1926 г., а наименьший — 200 км3 — в 1975 г.

Внутригодовое распределение поверхностного притока в Каспий, несмотря на различие физико-географических условий речных бассейнов и специфические особенности годового стока отдельных рек, почти полностью соответствует внутригодовому распределению стока Волги, составляющего основную долю общего притока в море.

В течение года четко выделяется максимум стока в мае-июне, в период прохождения половодья. В это время в море ежемесячно поступает 17—26% величины годового стока. Меньше всего речной воды поступает в зимние месяцы: в январе-феврале 3—7% годового стока.

Интенсивное использование водных ресурсов рек, начавшееся с 50-х годов, привело к уменьшению величины поверхностного притока в море, его внутригодовому перераспределению и, как следствие, к дополнительному снижению уровня моря. В 70-х годах уменьшение величины волжского стока за счет безвозвратного потребления на народнохозяйственные нужды составляло уже около 20 км³ в год, что равняется 50% ежегодным суммарным нехваткам воды из рек Каспийского бассейна. Всего с 1940 по 1985 г. море «недополучило» свыше 800 км³ речной воды, что может быть почти соизмеримо с трехлетним стоком Волги в средне-климатических условиях.

Поскольку объем атмосферных осадков, выпадающих на акваторию моря, существенно меньше объема речного стока, влияние осадков на межгодовые изменения уровня моря тоже сравнительно меньше, чем речного стока. С начала столетия прослеживается тенденция увеличения осадков, выпадающих на поверхность моря. Их доля в водном балансе изменялась от 15% в начале столетия до 23% в 80-х гг., когда на поверхность моря в среднем за год выпадало 257 мм, что существенно превышало многолетнюю, среднюю норму (191 мм).

Испарение с поверхности моря — основная расходная составляющая водного баланса. Из-за отсутствия достаточного количества фактических наблюдений его величина в настоящее время оценивается по различным теоретическим и эмпирическим формулам. На акватории моря наиболее высокая величина испарения характерна для Северного Каспия, а наиболее низкая — для Среднего Каспия. Анализ межгодовых изменений величин испарения в текущем столетии показал, что самое интенсивное испарение было в 30-х годах, чему способствовала засушливость климата, связанная с преобладанием антициклонического режима циркуляции атмосферы, что вызвало повышенное испарение не только в водосборном бассейне моря, но и на его акватории.

Для испарения с поверхности Каспия характерны незначительные межгодовые изменения, свидетельствующие об относительной устойчивости этого фактора. Однако следует отметить, что в связи с понижением уровня моря и соответствующим сокращением площади, его зеркала происходит изменения объема испаряющейся воды. Сезонная изменчивость испарения более значительна, чем межгодовая. Так, с июня по декабрь с поверхности моря испаряется около 70% годового объема воды.

Роль подземного притока в море в водном балансе Каспия незначительна, величина его ориентировочно оценивается в 4 км3/г. За историческое время происходила неоднократная смена низких и высоких стояний уровня Каспия. В середине XVI в. уровень моря находился на отметке -20,6 м, в последующее столетие произошло повышение уровня до -23,9 м, а в начале XVIII в. уровень опустился до отметки -20 м. После этого значительного снижения начался период повышения уровня, и к началу XIX в. его отметка достигла -22 м. С начала проведения инструментальных наблюдений (середина XIX в.) и до начала XX в. уровень сохранял положение в среднем около -25,8 м. С 1900 по 1929 г. изменения уровня были незначительными и происходили около средней отметки -26,2 м. Это относительно равновесное положение уровня сменилось его резким снижением: с 1930 по 1941 г. оно составило 1,8 м и было связано с крупномасштабными климатическими изменениями. В последующие годы снижение уровня Каспия происходило более медленно. Общее снижение с 1900 по 1977 г. составило 3 м, в том числе за счет хозяйственной деятельности — около 1 м. С 1978 г. уровень Каспия стал резко повышаться и в 1985 г. достиг отметки -27,97 м, т. е. поднялся более чем на метр.

С 1998 г. наблюдается стабилизация уровня Каспийского моря. Внутригодовое изменение уровня имеет четко выраженный сезонный характер, обусловленный изменчивостью составляющих водного баланса. В зимнее время уровень низкий, затем, вследствие интенсивного поступления в море речных вод, наблюдается его весенне-летний подъем. Основное накопление воды в море происходит в июне-июле, и уровень достигает наивысшего положения. С августа, в связи с уменьшением речного притока и увеличением испарения с морской акватории, уровень постепенно понижается до зимнего минимума, наблюдающегося в январе-феврале.

Воздействие челов. на речной сток в бассейне Каспийского моря повлияло на сезонный ход уровня. В современных условиях половодье на Волге начинается на месяц-полтора раньше и проходит быстрее, чем до 50-х годов. Это приводит к более раннему наступлению среднемесячного максимума в годовом ходе уровня. Весенне-летние приливы речной воды вызывают некоторое сглаживание хода уровня в это время года, а зимние, наоборот, приводят к повышению уровня. Таким образом, в целом в течение года ход уровня стал более плавным.

Большой научный и практический интерес представляет разработка прогнозов уровня моря. В настоящее время существует несколько методов. Во-первых, это так называемые климатические (гелиогеофизические) прогнозы. Они основаны на физических моделях, связывающих колебания уровня Каспия или отдельных составляющих водного баланса с различными внешними факторами — температурой воздуха и другими метеорологическими характеристиками: атмосферной циркуляцией, солнечной активностью.

Многие авторы проводили поиск этих закономерностей временных изменений уровня моря, обусловленных геофизическими и климатическими факторами. Однако климатический прогноз на длительное время для таких обширных территорий, как бассейн Каспия, продолжает оставаться одной из сложных и нерешенных проблем науки. Несмотря на то, что наличие солнечно-земных связей в настоящее время признано, механизм этих связей и теоретическая сторона вопроса остаются во многом неясными. Зависимости между уровнем моря и характеристиками атмосферной циркуляции также далеко не всегда дают возможность получить прогноз на длительное время.

Ко второй группе прогнозов относятся вероятностно-статистические методы, суть которых состоит в вероятностном описании колебаний уровня, исходя из представлений о порождающих их климатических и гидрологических факторах как о стохастических процессах. Поскольку изменения водного баланса и уровня Каспия обусловлены взаимодействием двух основных факторов: поверхностного притока речных вод и видимого испарения (атмосферные осадки минус испарение), то расчеты и моделирование рядов этих характеристик позволяют исследовать изменчивость уровня моря, как в естественных условиях формирования гидрологического режима, так и при различных его нарушениях.

Несмотря на проводимые исследования, в настоящее время не существует достаточно надежных методов прогнозирования ожидаемых изменений уровня Каспийского моря, что существенно затрудняет решение вопросов, связанных с экономикой и развитием народного хозяйства в бассейне моря. Разработка таких методов — одно из наиболее важных направлений исследований Каспия.