Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2024. № 3 (393). С. 124-141

124

DOI: https://doi.org/10.37162/2618-9631-2024-2-124-141

УДК 556.5.01:556.16 (282.256.33)

Особенности длительных фаз

повышенного/пониженного стока Енисея

(до впадения Ангары)

А.Г. Георгиади, И.П. Милюкова,

Е.А. Барабанова, Ю.Ю. Алентьев

Институт географии Российской академии наук, г. Москва, Россия

georgiadi@igras.ru

Приведены результаты исследования долговременных фаз пониженного и повы-

шенного условно-естественного годового и сезонного стока р. Енисей в створах

г. Кызыл, пос. Никитино и пос. Базаиха. Восстановление многолетних рядов стока

(исключение антропогенных изменений) в створах пос. Никитино и Базаиха осно-

вано на трансформации годового гидрографа средних суточных расходов воды с ис-

пользованием метода Калинина–Милюкова. Долговременные фазы годового и сезон-

ного стока выявлены на основе разностно-интегральных кривых. Для всего периода

наблюдений 1936–2021 гг. для зимнего стока наблюдались две продолжительные

контрастные фазы, типичные для многих рек России. Тогда как многолетние измене-

ния стока объединенного сезона снегового половодья и летне-осенних дождевых па-

водков, так же как и годового стока характеризовались четырех-пятикратной сменой

контрастных фаз. Длительность контрастных фаз превышала 50 лет, и при этом фазы

пониженного стока суммарно продолжались существенно дольше фаз повышенного

стока. Разница в стоке контрастных фаз р. Енисей наиболее значительна для зимнего

стока, составляя в среднем 20–40 %, а годового стока и стока сезона снегового поло-

водья и летне-осенних дождевых паводков 8–11 %.

Ключевые слова: годовой и сезонный речной сток, многолетние изменения,

продолжительные фазы водности, метод трансформации гидрографа, разностно-ин-

тегральная кривая

Features of the Yenisei River long phases

of increased/decreased water flow

(downstream from the confluence of the Angara River)

A.G. Georgiadi, I.P. Milyukova,

E.A. Barabanova, Yu.Yu. Alentyev

Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

georgiadi@igras.ru

The article presents the results of studying long phases of decreased and increased

conditionally natural annual and seasonal water flow of the Yenisei River at Kyzyl Сity,

Nikitino and Bazaikha settlements. The retrieval of long-term water flow time series (with

excluded anthropogenic changes) at Nikitino and Bazaikha settlements is based on the

transformation of the annual hydrograph of daily water discharges using the Kalinin–

Milyukov method. Long phases of annual and seasonal water flow were revealed on the

basis of cumulative deviations curves. For the entire observation period of 1936–2021, two

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

125

long contrasting phases were revealed for winter flow, which are typical for many studied

rivers in Russia. At the same time, long-term changes in runoff of the combined season of

snowmelt flood and summer-autumn rain floods, as well as annual water flow, were char-

acterized by a four- to five-fold change in contrasting phases. The duration of contrasting

phases reached more than 50 years, and the phases of decreased water flow were signifi-

cantly longer than the phases of increased flow. The difference in the water flow of con-

trasting phases of the Yenisei River is most significant for winter flow and is on average

equal to 20–40 %, and the one for annual flow and flow in the season of snowmelt floods

and summer-autumn rain floods is 9–12 %.

Keywords: annual and seasonal water flow, long-term changes, long phases, hydro-

graph transformation method, cumulative deviation curve

Введение

Происходившие в XIX–XXI вв. многолетние изменения речного стока,

обусловленные природно-климатическими факторами, характеризуются

чередованием периодов пониженной/повышенной водности разной про-

должительности. Среди них особый интерес представляют периоды с до-

статочно большой продолжительностью, охватывающие 10–15 лет и более,

составляя, зачастую, несколько десятилетий. Их можно соотнести с внут-

ривековыми и вековыми циклами гидроклиматических изменений, кото-

рым уделялось большое внимание в 1950–1970-х гг. [1, 8]. Тогда же в науч-

ную гидрологическую терминологию было введено понятие «фаза»

(цикла) многолетних изменений (колебаний) речного стока [1, 8]. Под фа-

зой водности понимается группа смежных лет (группировок лет) разной

продолжительности с повышенной, пониженной или близкой к средней за

весь период наблюдений водности. При этом в фазы повышенной водности

могут встречаться годы с пониженной водностью и наоборот [1]. Именно с

долговременными фазами гидрологических изменений тесно связана про-

блема оценки норм гидрологических характеристик [6] или проблема ре-

презентативности периодов наблюдений.

В последние 15–20 лет, особенно в связи с современным глобальным

потеплением, значительный интерес вызывает проблема исследования

долговременных фаз повышенных/пониженных значений характеристик

речного стока, а также других составляющих геостока, и оценка статисти-

ческой значимости разницы в стоке контрастных фаз [2, 4, 9, 12, 13, 16–18,

20, 22, 24].

На природно-обусловленные изменения гидрологических характери-

стик накладываются антропогенные воздействия, которые характеризу-

ются значительной временной и пространственной изменчивостью [4]. В

результате гидрологические изменения оказываются зачастую обусловлен-

ными тесным переплетением воздействия природно-климатических и ан-

тропогенных факторов. Это существенно затрудняет разделение их вклада

в общие изменения стока, что крайне важно для надежных оценок произо-

шедших и возможных в будущем изменений. В связи с этим существует

проблема восстановления естественных характеристик речного стока.

126

Гидрологические прогнозы

Один из подходов к восстановлению основан на трансформации гидро-

графа средних суточных расходов воды рек, в котором используются ме-

тоды единичного гидрографа, изохрон, Калинина – Милюкова, Маскингам

и другие [5, 7, 11].

Основное внимание в статье уделено восстановлению многолетних

рядов условно-естественных среднесуточных расходов воды р. Енисей

в створах, расположенных ниже Саяно-Шушенской и Красноярской ГЭС,

на основе метода трансформации их годовых гидрографов и исследованию

на этой основе долговременных фаз повышенного и пониженного годового

и сезонного стока в условиях, близких к естественному водному режиму.

1. Географические и гидрологические особенности бассейна

р. Енисей до слияния с р. Ангара

В качестве объекта исследований был выбран водосбор р. Енисей до

пос. Базаиха (в 250 км от впадения в него р. Ангара), который относится пре-

имущественно к лесостепной и степной зонам, а также к зоне тайги (рис. 1). В

регионе широко распространена вечная мерзлота, в основном прерывистая и

островная, а также районы, в которых она отсутствует.

Рис. 1. Картосхема бассейна р. Енисей. Цифрами обозначены гидропосты:

1 – р. Енисей – г. Кызыл; 2 – р. Енисей – пос. Никитино; 3 – р. Енисей – пос. Ба-

заиха; 4 – р. Абакан – г. Абаза; 5 – р. Ус – д. Усть-Золотая; 6 – р. Туба –

с. Бугуртак.

Fig. 1. Map chart of the Yenisei River basin. The numbers indicate the gage sta-

tions: 1 –Yenisei River – Kyzyl City; 2 – Yenisei River – Nikitino settlement; 3 –

Yenisei River – Bazaiha settlement; 4 –Abakan River – Abaza City; 5 –Us River –

Ust-Zolotaya village; 6 – Tuba River – Bugurtak settlement.

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

127

Практически весь сток р. Енисей (около 93 %) формируется в период

снегового половодья и дождевых паводков с апреля по ноябрь, когда

наблюдается относительно низкое снеговое половодье и обильные дожде-

вые паводки. В зимний период, который продолжается с декабря по март,

сток составляет всего около 7 % от его годовых значений. Средний много-

летний годовой сток воды р. Енисей у пос. Базаиха составляет 87 км³.

Среди антропогенных факторов основное влияние на сток р. Енисей

оказывают Саяно-Шушенское (его полный объем составляет 31,34 км³,

а полезный – 15,3 км³) и Красноярское (полный объем 73,29 км³, полезный

– 30,42 км³) водохранилища, заполненные, соответственно, в 1967–1970 и

1978–1983 гг. [3]. Они существенно изменяют его внутригодовое распре-

деление стока. Воздействие на сток других отраслей хозяйства относи-

тельно небольшое.

2. Многолетние ряды характеристик речного стока

Основу исследований составили многолетние ряды наблюденных

средних суточных и средних месячных расходов воды в створах г. Кызыл

и пос. Никитино и Базаиха (табл. 1).

Таблица 1. Периоды с исходными данными о средних месячных и средних суточ-

ных расходах воды

Table 1. Periods with baseline time series on monthly and daily water discharges

Период, годы

Площадь

Средние

месячные

расходы воды

Средние

суточные

расходы воды

Река

Пункт

бассейна,

км²

Енисей

Уса

г. Кызыл

115

182

300

6,11

1927–2021

1936–2021

-

1936–2021

1952–2021

1936–2021

1951–2021

1936–2021

пос. Никитино

пос. Базаиха

д. Усть-Золотая

Туба

с. Бугуртак

(с. Курагино)

31,8

14,4

-

Абакан

г. Абаза

1950–2021

Указанные данные использовались для восстановления (для исключе-

ния антропогенных изменений) многолетних рядов средних суточных,

средних месячных, средних сезонных и средних годовых расходов воды

р. Енисей в створах пос. Никитино и пос. Базаиха в период после начала

заполнения Саяно-Шушенского и Красноярского водохранилищ. На ос-

нове полученных рядов восстановленных средних годовых и средних

сезонных расходов воды и данных наблюдений, относящихся к периодам

до создания указанных водохранилищ, формировались ряды условно-есте-

ственного стока, охватывающие весь период наблюдений. Они послужили

128

Гидрологические прогнозы

основой для исследования долговременных фаз повышенного/понижен-

ного годового и сезонного стока р. Енисей и изменений их характеристик,

обусловленных климатическими изменениями.

3. Методы

3.1. Метод восстановления годового гидрографа средних

суточных расходов воды

Для восстановления гидрографа стока, близкого к условиям естествен-

ного водного режима, применяется метод Калинина – Милюкова [7], в ос-

нове которого используется линейная модель, описывающая связь между

расходами воды на входе и выходе расчетного участка реки. Согласно

этому методу, расход в замыкающем створе рассчитывается по интегралу

t

,

(1)

Q t = q(t)P t −τ dτ

( )

(

)

∫

0

где

– расход в замыкающем створе в момент времени ;

– рас-

q(t)

t

Q t

( )

ход на входе расчетного участка;

– функция влияния (кривая добега-

P t

( )

ния)







_t _

n

−1

−



_τ _

1

t

 

(2)

P t =

( )

e

,

 

τ n −1 ! τ

(

)

 

где

n

– количество характерных участков с одинаковым временем добега-

ния, равным

τ

.

Для определения параметров функции влияния и верификации расче-

тов использовались данные о среднесуточных расходах воды тех периодов,

для которых имелись данные параллельных наблюдений в указанных выше

створах р. Енисей, а также его притоков р. Уса – д. Усть-Золотая

(на участке между г. Кызыл и пос. Никитино), р. Туба – с. Бугуртак

(с. Курагино) и р. Абакан– г. Абаза (на участке пос. Никитино и

пос. Базаиха), когда не было заметного влияния антропогенного воздей-

ствия на сток рек. На участках г. Кызыл – пос. Никитино и пос. Никитино

– пос. Базаиха для определения расчетных параметров и эмпирических

коэффициентов использованы данные за 1952–1954, 1960–1962 гг. (6 лет),

а для проверочных расчетов 1955–1959, 1963–1977 гг. (20 лет) и 1955–1959,

1963–1966 гг. (9 лет) соответственно.

Определение параметров

n

и

τ

проводилась с помощью оптимизаци-

онной процедуры [10], которая широко используется в гидрологии и пред-

ставляет собой метод покоординатного спуска с попеременной заменой

осей.

Гидрограф суточных расходов воды р. Енисей у пос. Никитино рас-

считывался как сумма двух гидрографов (далее двух входов), сформиро-

ванных в створах г. Кызыл и д. Усть-Золотая на р. Уса. Для каждого входа

определялись свои параметры функции влияния

n

и

τ

.

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

129

Но поскольку сток р. Уса – это лишь часть общего бокового притока

на этом участке, для сохранения водного баланса необходимо учесть тот

объем стока, данные о котором либо полностью отсутствуют, либо име-

ются существенные пропуски за годы, по которым проводились расчеты.

Для этого расходы воды р. Енисей у г. Кызыл и р. Уса в створе

д. Усть-Золотая умножались на постоянные эмпирические коэффициенты,

подобранные для каждого из этих створов и отдельно для периодов с

января до начала половодья, с начала половодья до максимума половодья,

от максимума половодья до конца периода дождевых летне-осенних павод-

ков (поскольку отделить период спада половодья от периода летне-осенних

паводков весьма затруднительно, так как нередко паводки проходят уже

на спаде половодья), и завершающий период – с конца периода дождевых

паводков и до конца года.

Все эти коэффициенты определялись методом подбора параллельно с

оптимизацией параметров функций влияния для сохранения объемов стока

на входе (г. Кызыл, д. Усть-Золотая) и на выходе (пос. Никитино). Уста-

новленные параметры принимались постоянными для всех гидрографов,

которые использовались для оптимизации, проверочных расчетов и восста-

новления стока. Однако даты начала каждого из рассмотренных выше

внутригодовых периодов (начало половодья, пик, конец летне-осенних па-

водков) задавались по фактическим данным для каждого расчетного года.

Начало половодья, как правило, наблюдалось в апреле-мае, а конец дожде-

вых паводков в августе-октябре.

Аналогичным образом проводились расчеты на участке пос. Ники-

тино – пос. Базаиха, где рассчитывалась трансформация с тремя входами:

р. Енисей – пос. Никитино, р. Туба – с. Бугуртак (с. Курагино) и р. Абакан

– г. Абаза.

3.2. Методы выявления границ смены фаз повышенного

и пониженного годового и сезонного стока

Определение лет смены фаз в данном исследовании было основано на

результатах, полученных методом разностно-интегральных кривых. Отме-

тим, что в исследованиях, проведенных авторами ранее [4, 16, 18], границы

между длительными фазами пониженных и повышенных значений годо-

вого и сезонного стока воды определялись с использованием разностно-

интегральных кривых в сочетании с оценкой статистической однородности

рядов по средним значениям. Для этого применялись параметрические и

непараметрические критерии однородности рядов. В качестве параметри-

ческого критерия применялся критерий Стьюдента [14, 15], расчет кото-

рого выполнен на основе пакета TREND [14], а непараметрического крите-

рия – Манна – Уитни – Пети (MWP) [22] из пакета AnClim [25]. Они

использовались для оценки статистической значимости разницы в средних

значениях длительных контрастных фаз гидрологических характеристик и

для определения лет, в которые происходила их смена.

130

Гидрологические прогнозы

Опыт использования такого набора методов для выявления лет смены

контрастных фаз показывает, что выявленные на основе каждого из них

переходные годы, как правило, совпадают [16–18].

Разностно-интегральные кривые представляют собой нарастающую

сумму отклонений определенной характеристики от ее среднего значения,

рассчитанного за весь период наблюдения. Часто отклонения нормируются

на коэффициент вариации, чтобы можно было сравнить временную измен-

чивость разнородных характеристик. Значения нормализованных раз-

ностно-интегральных кривых рассчитываются следующим образом:

N

1

РИК_i=

K −1 ,

(

)

∑

i

C_v

i=1

K_i= E_i/ E_m,

(3)

σ

C_v=

,

E_m

N

1

2

σ =

E − E

,

(

)

∑

i

m

N −1 _i=1

где

– значение разностно-интегральной кривой в -й год; E_i– зна-

i

РИК_i

чение -го члена ряда

;

– количество членов во временном

i

N

i =1,, N

(

)

ряду;

– среднее многолетнее значение;

– модульный коэффициент

E_m

K_i

-го члена временного ряда;

– коэффициент вариации временного ряда

i

C_v

и

– стандартное отклонение временного ряда.

σ

4. Результаты

4.1. Результаты восстановления годовых гидрографов средних

суточных расходов воды

Полученные параметры и коэффициенты были использованы для вос-

становления ежедневных расходов воды в створах пос. Никитино и пос. Ба-

заиха для периода 1952–2021 гг.

Оценка качества проверочных расчетов на основе критерия качества

Нэша – Сатклифа [21], который для годовых гидрографов средних суточ-

ных расходов воды в створах пос. Никитино и пос. Базаиха равен, соответ-

ственно, 0,97 и 0,96, за зимний сезон – 0,97 и 0,97, а в сезон половодья и

дождевых паводков – 0,96 и 0,95, показала, что результаты восстановления

их характеристик для условий естественного водного режима вполне

надежны.

Достаточная степень надежности полученных результатов подтвер-

ждается также сопоставлением гидрографов восстановленных и наблюден-

ных среднесуточных расходов воды в этих створах для лет, для которых

проводились проверочные расчеты (рис. 2).

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

131

Рис. 2. Наблюденные (1) и рассчитанные (2) годовые гидрографы сред-

них суточных расходов воды: р. Енисей – пос. Никитино (осредненные

за 1955–1959, 1963–1977 гг.) (а); р. Енисей – пос. Базаиха (осредненные

за1955–1959, 1963–1966 гг.) (б).

Fig. 2. Observed (1) and calculated (2) annual hydrographs of daily water

discharges:Yenisei River –Nikitino settlement (averaged for 1955–1959,

1963–1977) (а); Yenisei River – Bazaiha settlement (averaged for 1955–

1959, 1963–1966) (б).

Важным критерием достоверности полученных результатов восста-

новления можно считать близкие значения годовых сумм восстановленных

и наблюденных расходов воды. Разница между ними составляет 1,25 %

(для пос. Никитино) и 6 % (для пос. Базаиха). При этом следует иметь в

виду, что Саяно-Шушенское и Красноярское водохранилища являются во-

дохранилищами многолетнего регулирования, ежегодные суммы наблю-

денных и восстановленных расходов могут не совпадать.

С учетом полученных данных для р. Енисей в створах пос. Никитино

и пос. Базаиха были подготовлены многолетние ряды условно-естествен-

ных средних месячных расходов воды, охватывающие период 1936–

2021 гг. Обобщенно они представлены в виде годовых гидрографов сред-

них месячных расходов воды (рис. 3) и средних годовых и средних сезон-

ных расходов воды, осредненных за весь период наблюдений (табл. 2).

132

Гидрологические прогнозы

Рис. 3. Гидрографы средних месячных расходов воды: г. Кызыл (1); пос. Ники-

тино (2); пос. Базаиха (3). В каждом месяце приведены расходы воды за весь

период наблюдений.

Fig. 3. Hydrographs of monthly water discharges. Kyzyl City (1); Nikitino settlement (2);

Bazaikha settlement (3). Each month shows water discharges for the entire observation

period.

Таблица 2. Средние многолетние, средние годовые и средние сезонные расходы

воды

Table 2. Long-term averaged annual and seasonal water discharges

Средние многолетние расходы воды, м³/с

Сезон снегового половодья

и летне-осенних дождевых

паводков

Река

Пункт

Зима

Год

Енисей

г. Кызыл

1425

2121

4155

231

348

643

1028

1530

2984

пос. Никитино

пос. Базаиха

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

133

4.2. Многолетняя динамика долговременных фаз годового

и сезонного стока

Для зимнего стока р. Енисей в рассматриваемых створах характерны

две продолжительные контрастные фазы (рис. 4), как и для многих других

исследованных авторами рек Русской равнины, арктических и других рек

[4, 16–18].

Рис. 4. Многолетние изменения стока р. Енисей за (А) объединенный сезон

снегового половодья и летне-осенних дождевых паводков, (Б) зимний сезон

и (В) год у г. Кызыл, пос. Никитино и пос. Базаиха в виде разностно-интеграль-

ных кривых (РИК). Вертикальные красные линии показывают годы смены кон-

трастных фаз стока.

Fig. 4. The Yenisei River long-term changes in the water flow for (A) the combined

season of snowmelt flood and summer-autumn rain floods, (Б) the winter season

and (В) the year at Kyzyl City, Nikitino and Bazaikha settlements in the form o cu-

mulative deviations curves (CDC). The vertical red lines show the shift years of wa-

ter flow long contrasting phases.

Сначала наблюдалась длительная фаза пониженного стока, которая

в 1980–1990-е годы (табл. 3) сменилась противоположной фазой.

134

Гидрологические прогнозы

Многолетние изменения стока объединенного сезона снегового половодья

и дождевых паводков, так же как и годового стока характеризовались не-

однократной (от четырех до пяти раз) сменой контрастных фаз.

Таблица 3. Годы и направленность смены контрастных фаз годового и сезон-

ного стока р. Енисей в створах г. Кызыл, пос. Никитино, пос. Базаиха, опреде-

ленные на основе разностно-интегральных кривых

Table 3. The years and the direction of the contrasting long lasting phases change

for the naturalized annual and seasonal water flow on the Yenisei gage stations of

Kyzyl City, Nikitino and Bazaikha settlements defined by cumulative deviations

curves

г. Кызыл

пос. Никитино

пос. Базаиха

Годовой сток

1965, 2001

пониженный→повышенный

1965, 2001

пониженный→повышенный

1952, 2001, 2020*

пониженный→повышенный

1971

1942*, 1974

повышенный→пониженный

1942*, 1971, 2011

повышенный→пониженный

Сток сезона снегового половодья

и летне-осенних дождевых паводков

1965, 2003

пониженный→повышенный

1965, 2003

пониженный→повышенный

1951, 2001, 2020*

пониженный→повышенный

1971

1942*, 1974

повышенный→пониженный

1942*, 1971, 2011

повышенный→пониженный

Зимний сток

1983

1991

пониженный→повышенный

2021*

1940*

повышенный→пониженный

Примечание.^..*Годы возможной смены фаз в начале и в конце периода

наблюдений.

Отметим, что годы смены пониженного/повышенного сезонного стока

р. Енисей у пос. Базаиха, определенные на основе разностно-интегральных

кривых, критериев Стьюдента и Манна – Уитни – Пети совпали между со-

бой во всех рассмотренных случаях, кроме одного (табл. 4). При этом при

использовании критерия Стьюдента разница в стоке контрастных фаз ста-

тистически значима при уровне значимости <0.01 (зимний сток), <0.05,

<0.1 и >0.1 (сток сезона половодья и летне-осенних дождевых паводков).

При использовании критерия MWP уровень статистической значимости

разницы в стоке контрастных фаз зимнего стока также равен <0.01, тогда

как для стока фаз сезона половодья и дождевых паводков он был ниже.

Аналогичные результаты получены для годового стока р. Енисей

у пос. Базаиха, а также для годового и сезонного стока у пос. Никитино и

г. Кызыл.

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

135

Таблица 4. Годы смены фаз сезонного стока р. Енисей у пос. Базаиха, опре-

деленные на основе разностно-интегральных кривых, критериев Стьюдента

и Манна–Уитни–Пети (MWP)

Table 4. Years of seasonal runoff phase shift Yenisei near the Bazaikha village,

defined on the basis of cumulative deviations sum curves, Student t test and Mann–

Whitney–Pettitt (MWP) test

Годы смены фаз,

определенные на основе

разностно-интегральных

критерия Стьюдента

критерия MWP

Уровень

кривых

Уровень

Год

значимости

Сток сезона снегового половодья

и летне-осенних дождевых паводков

пониженный→повышенный

1951

2001

1951

2000

<0,1

1951

2001

>0,1

~0,1

<0.05

повышенный→пониженный

1971

2011

1971

2011

>0,1

<0,1

1996

2011

>0,1

~0,1

Зимний сток

пониженный→повышенный

1991 <0,01

1991

<0,01

4.3. Характеристики длительных фаз контрастной водности

Продолжительность фаз повышенного зимнего стока изменялась

от 31 года у пос. Никитино и пос. Базаиха до 38 лет у г. Кызыл. Продолжи-

тельность фаз пониженного стока превышала 50 лет в каждом из створов

(табл. 5). Длительность сезона половодья и дождевых паводков составляла

для фазы повышенного стока от 9 лет у пос. Никитино и 10 лет у

пос. Базаиха до 19 лет у г. Кызыл и пос. Базаиха и 20 лет у пос. Никитино.

Максимальный диапазон для фазы пониженного стока наблюдался у

пос. Базаиха и составлял от 9 до 30 лет. Наиболее длительной она была у

г. Кызыл (38 лет). При этом суммарная продолжительность фаз понижен-

ного стока в каждом из этих створов, как для годового стока, так и для стока

рассмотренных сезонов, существенно превышала продолжительность фаз

повышенного стока.

Одна из характерных особенностей многолетних изменений годового

и сезонного стока в рассмотренных створах состояла в формировании от-

носительно коротких фаз водности длительностью до 5–7 лет.

Наиболее заметная разница в среднем стоке контрастных фаз

р. Енисей характерна для зимнего стока: у г. Кызыл она составляла почти

136

Гидрологические прогнозы

39 %, у пос. Никитино – 24 %, у пос. Базаиха – 20 % (табл. 6). Для годового

стока и стока сезона снегового половодья и летне-осенних дождевых па-

водков она изменяется от 8 до 11 %.

Таблица 5. Характеристика контрастных долговременных фаз стока на р. Енисей:

наблюденного у г. Кызыл и восстановленного годового и сезонного стока в створах

поселков Никитино и Базаиха

Table 5. Characteristics of contrasting water flow long phases of the Yenisei River: ob-

served near Kyzyl City and naturalized annual and seasonal water flow at Nikitino and

Bazaikha gage stations

Длительность,

лет

Средний

сток, м³/с

Пункт

Фаза

Границы

Годовой сток

1927–1964

1971–2000

2001–2021

1942–1964

1974–2000

1965–1973

2001–2021

1942–1951

1971–2000

2011–2019

1952–1970

2001–2010

38

30

21

23

27

9

21

10

30

9

997

990

г. Кызыл

ФНС

ФВС

ФНС

1091

1445

1464

1631

1617

2721

2887

2920

3044

3279

пос. Никитино

пос. Базаиха

ФВС

ФНС

ФВС

19

10

Сезон снегового половодья

и летне-осенних дождевых паводков

1927–1964

1971–2002

2003–2021

1942–1964

1974–2002

1965–1973

2003–2021

1942–1951

1971–2000

2011–2019

1952–1970

2001–2010

Зимний сезон

38

32

19

23

29

9

19

10

30

9

1398

1369

1496

2008

2030

2270

2238

3793

4016

3893

4257

4545

г. Кызыл

ФНС

ФВС

ФНС

ФВС

пос. Никитино

пос. Базаиха

ФНС

ФВС

19

10

ФНС

ФВС

ФНС

ФВС

ФНС

ФВС

1926–1982

1983–2020

1937–1990

1991–2021

1940–1990

1991–2021

57

38

54

31

51

31

201

279

320

397

596

716

г. Кызыл

пос. Никитино

пос. Базаиха

Примечание. ФНС, ФВС – фазы пониженного и повышенного стока.

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

137

Таблица 6. Средний сток контрастных фаз, разница в стоке между ними

Table 6. Average water flow of contrasting phases, difference in water flow

between them

Разница

в стоке

Пункт

Сток, м³/с

ФВС

ФНС

м³/с

%

годовой

1091

1496

994

97

9,8

снегового половодья

и летне-осенних

г. Кызыл

1385

111

8,0

дождевых паводков

зимний

279

201

78

38,8

11,4

годовой

1621

1455

166

снегового половодья

пос. Никитино и летне-осенних

2249

2020

229

11,3

дождевых паводков

зимний

397

320

77

24,1

9,2

годовой

3125

2862

263

снегового половодья

пос. Базаиха

и летне-осенних

дождевых паводков

4357

716

3948

596

409

120

10,4

20,1

зимний

Примечание. ФНС, ФВС – фазы пониженного и повышенного стока.

Заключение

Восстановлены многолетние ряды средних суточных расходов воды

р. Енисей у пос. Никитино и пос. Базаиха после создания Саяно-Шушен-

ского и Красноярского водохранилищ, из которых были исключены изме-

нения, вызванные антропогенными факторами (в основном регулирующим

влиянием Саяно-Шушенского и Красноярского водохранилищ).

Для восстановления годовых гидрографов стока близкого к условиям

естественного водного режима применен метод Калинина – Милюкова, в

основе которого использовалась линейная модель, описывающая связь

между расходами воды на входе и выходе расчетного участка реки.

Полученные многолетние ряды восстановленных расходов воды

позволили для всего периода наблюдений (1936–2021 гг.) на р. Енисей в

створах пос. Никитино и пос. Базаиха выявить границы и исследовать осо-

бенности долговременных фаз повышенного/пониженного годового и се-

зонного стока в условиях естественного водного режима. Для зимнего

стока р. Енисей в рассматриваемых створах характерны две продолжитель-

ные контрастные фазы, как и для многих других исследованных авторами

рек Русской равнины, арктических и других рек. Сначала наблюдалась дли-

тельная фаза пониженного зимнего стока, которая в 1980–1990-е годы

138

Гидрологические прогнозы

сменилась на фазу его повышенной водности. Многолетние изменения

стока объединенного сезона снегового половодья и дождевых паводков,

так же как и годового стока, характеризовались четырех-пятикратной сме-

ной контрастных фаз.

Изменения продолжительности контрастных фаз происходили на

р. Енисей у г. Кызыл, пос. Никитино и пос. Базаиха в близком диапазоне –

от 9 лет для фазы повышенного стока сезона снегового половодья и летне-

осенних дождевых паводков до более 50 лет для фазы пониженного зим-

него стока. При этом суммарная продолжительность фаз пониженного

стока в каждом из этих створов, как для годового, так и для сезонного стока

существенно превышала продолжительность фаз повышенного стока.

Разница в стоке контрастных фаз р. Енисей была наиболее заметна для

зимнего стока и составляла 39 % у г. Кызыл. Она была существенно

меньше у пос. Базаиха (20 %) и у пос. Никитино (24 %). Для годового стока

и стока сезона снегового половодья и летне-осенних дождевых паводков

она варьировала от 8 до 11 %.

Работа выполнена в рамках проекта РНФ 24-27-00143 «Сток рек

России в эпохи глобального потепления».

Список литературы

1. Андреянов В.Г. Циклические колебания годового стока, их изменения по

территории и учет при расчётах стока // Труды III Всесоюз. гидролог. Съезда.

Том II. Л.: Гидрометеоиздат, 1959. С. 3-50.

2. Водные ресурсы России и их использование / Под ред. И.А. Шикломанова.

СПб.: Государственный гидрологический институт, 2008. 600 с.

3. Вуглинский В.С. Водные ресурсы и водный баланс крупных водохранилищ

СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 223 с.

4. Георгиади А.Г., Коронкевич Н.И., Милюкова И.П., Кашутина Е.А., Бараба-

нова Е.А. Современные и сценарные изменения речного стока в бассейнах круп-

нейших рек России. Часть 2. Бассейны рек Волги и Дона. М.: Макс Пресс, 2014.

214 с.

5. Георгиевский В.Ю., Моисеенков А.И. Восстановление естественных гидро-

графов стока крупных рек, зарегулированных каскадом водохранилищ (на при-

мере р. Волги) // Труды ГГИ. 1984. Вып. 291. С. 54-61.

6. Дроздов О.А., Рубинштейн Е.С. Что следует называть климатическими нор-

мами? // Известия АН СССР, серия географическая. 1966. № 1. С. 93-98.

7. Калинин Г.П., Милюков П.И. Приближенный расчет неустановившегося

движения водных масс // Труды ЦИП. 1958. Вып. 66. 72 с.

8. Кузин П.С. Циклические колебания стока рек Северного полушария. Л.:

Гидрометеоиздат, 1970. 179 с.

9. Научно-прикладной справочник: Многолетние колебания и изменчивость

водных ресурсов и основных характеристик стока рек Российской Федерации.

СПб.: ООО "РИАЛ", 2021. 190 с.

10. Розенброк Х., Стори С. Вычислительные методы для инженеров-химиков.

М.: Мир, 1968. 440 с.

11. Соколовский Д.Л., Шикломанов И.А. Расчеты гидрографов паводков с ис-

пользованием электронных моделирующих устройств // Труды ЛГМИ. 1965.

Вып. 23. С. 65-79.

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

139

12. Шпакова Р.Н., Ping Wang. Изменение характера многолетних колебаний

стока рек Южной Якутии и прилегающих районов российского Дальнего Востока

в условиях глобального потепления // Российская Арктика. 2023. Т. 5, № 1.

С. 33-44. DOI: https://doi.org/10.24412/2658-4255-2023-1-33-44

13. Юмина Н.М., Терешина М.А. Многолетние изменения стока рек бассейна

Вилюя // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2017. № 6.

С. 62-70.

14. Chiew F., Siriwardena L., Arene S., & Rahman J. TREND detection software.

Canberra: CRC for Catchment Hydrology’s (CRCCH) Climate Variability Program.

2017. http://www.toolkit.net.au/trend

15. Cramer H. Mathematical Methods of Statistics. Princeton, Princeton University

Press, 1946. 575 p.

16. Georgiadi A.G., Groisman P.Ya. Long-term changes of water flow, water tem-

perature and heat flux of two largest arctic rivers of European Russia, Northern Dvina

and Pechora // Environmental Research Letters. 2022. Vol. 17, no. 8. P. 1-14.

https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac82c1

17. Georgiadi A.G., Kashutina E.A., Milyukova I.P. Long-term Changes of Water

Flow, Water Temperature and Heat Flux of the Largest Siberian Rivers // Polar-

forschung. 2018. Vol. 87 (2). P. 167-176. DOI:https://doi.org/10.2312/polar-

forschung.87.2.167

18. Georgiadi A.G., Milyukova I.P. Peculiarities of Long-term Phases of the In-

creased and Decreased Don and Lena Runoff in the 19th–21st Centuries // Russ. Mete-

orol. Hydrol. 2023. No. 48. P. 1066-1075. DOI: https://doi.org/10.3103/

S1068373923120075

19. Georgiadi, A.G., Milyukova, I.P. and Kashutina, E.A. Erratum to: Contempo-

rary and Scenario Changes in River Runoff in the Don Basin // Water Resour. 2021.

Vol. 48. P. 167. DOI: https://doi.org/10.1134/S0097807821120010

20. Milyukova I., Georgiadi A., Borodin O. Long-term changes in water flow of the

Volga basin rivers // E3S Web Conf. 2020. Vol. 163. P. 05008. DOI:

https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016305008

21. Nash J.E., Sutcliffe J.V. River flow forecasting through conceptual models. Part

I. A discussion of principles // Journal of Hydrology. 1970. No. 10 (3). P. 282-290.

22. Pettitt A.N. A non-parametric approach to the change-point problem // Journal

of the Royal Statistical Society. Series. C (Applied Statistics). 1979. Vol. 28, no. 2.

P. 126-135.

23. Sharma S, Singh P.K. Long-term spatiotemporal variability in rainfall trends

over the state of Jharkhand // India Climate. 2017. No. 5. P. 2-18.

24. Shi X., Qin T., Nie H., Weng B., He Sh. Changes in major global river discharges

directed into the ocean // Int. J. of Environ. Res. and Public Health. 2019. No. 16 (8).

P. 1-19.

25. Stepanek P. AnClim – software for time series analysis. Department of Geog-

raphy Fakulty of Sciences Masaric University, Brno, 2008. http://www.climehom.eu.

References

1. Andrejanov V.G. Ciklicheskie kolebanija godovogo stoka, ih izmenenija po ter-

ritorii i uchet pri raschjotah stoka [Cyclical fluctuations of annual runoff, their changes

in the territory and accounting for runoff calculations]. Trudy III Vsesojuz. gidrolog.

S’ezda. T. II. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1959, pp. 3-50 [in Russ.].

140

Гидрологические прогнозы

2. Vodnye resursy Rossii i ih ispol'zovanie [Water resources of Russia and their

use]. I.A. Shiklomanov Ed. Saint-Petersburg: Gosudarstvennyj gidrologicheskij institute

Publ., 2008, 600 p. [in Russ.].

3. Vuglinskij V.S. Vodnye resursy i vodnyj balans krupnyh vodohranilishh SSSR

[Water resources and water balance of large reservoirs of the USSR]. Leningrad, Gidro-

meteoizdat Publ., 1991, 223 p. [in Russ.].

4. Georgiadi A.G., Koronkevich N.I., Miljukova I.P., Kashutina E.A., Barabanova

E.A. Sovremennye i scenarnye izmenenija rechnogo stoka v bassejnah krupnejshih rek

Rossii. Ch. 2. Bassejny rek Volgi i Dona [Modern and scenario changes in river flow in

the basins of the largest rivers of Russia. Part 2. Basins of the Volga and Don rivers].

Moscow, Maks Press Publ., 2014, 214 p. [in Russ.].

5. Georgievskij V.Ju., Moiseenkov A.I. Vosstanovlenie estestvennyh gidrografov

stoka krupnyh rek, zaregulirovannyh kaskadom vodohranilishh (na primere r. Volgi)

[Restoration of natural hydrographs of the flow of large rivers regulated by a cascade of

reservoirs (on the example of the Volga River)]. Trudy GGI, 1984, vol. 291, pp. 54-61

[in Russ.].

6. Drozdov O.A., Rubinshtejn E.S. Chto sleduet nazyvat' klimaticheskimi normami?

[What should be called climatic norms?]. Izvestija AN SSSR, serija geograficheskaja,

1966, no. 1, pp. 93-98 [in Russ.].

7. Kalinin G.P., Miljukov P.I. Priblizhennyj raschet neustanovivshegosja dvizhenija

vodnyh mass [Approximate calculation of unsteady motion of water masses]. Trudy

CIP., vyp. 66, Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1958, 72 p. [in Russ.].

8. Kuzin P.S. Ciklicheskie kolebanija stoka rek Severnogo polusharija [Cyclic fluc-

tuations in the flow of rivers of the Northern hemisphere]. Leningrad: Gidrometeoizdat

Publ., 1970, 179 p. [in Russ.].

9. Nauchno-prikladnoj spravochnik: Mnogoletnie kolebanija i izmenchivost' vod-

nyh resursov i osnovnyh harakteristik stoka rek Rossijskoj Federacii [Scientific and ap-

plied reference book: Long-term fluctuations and variability of water resources and the

main characteristics of river flow in the Russian Federation]. Saint-Petersburg: OOO

"RIAL" Publ., 2021, 190 p. [in Russ.].

10. Rosenbrock H., Storey S. Vychislitel'nyye metody dlya inzhenerov-

khimikov [Calculable methods for chemical engineers]. Moscow: Mir Publ., 1968,

440 p. [in Russ.].

11. Sokolovskij D.L., Shiklomanov I.A. Raschety gidrografov pavodkov s

ispol'zovaniem jelektronnyh modelirujushhih ustrojstv [Calculations of flood hydro-

graphs using electronic modeling devices]. Trudy LGMI, 1965, vyp. 23, pp. 65-79

[in Russ.].

12. Shpakova R.N., Ping Wang. Izmeneniye kharaktera mnogoletnikh kolebaniy

stoka rek yuzhnoy yakutii i prilegayushchikh rayonov rossiyskogo dal'nego vostoka v

usloviyakh global'nogo potepleniya [Changes in the nature of long-term fluctuations in

the river runoff of southern Yakutia and adjacent areas of the Russian Far East in the

context of global warming]. Russian Arctic, 2023, vol. 5, no. 1, pp. 33-44 [in Russ.].

DOI: 10/24412/2658-4255-2023-1-33-44

13. Yumina N.M., Tereshina M.A. Mnogoletniye izmeneniya stoka rek basseyna

Vilyuya [Long-term changes in the flow of rivers in the Vilyuy basin]. Lomonosov

Geography Journal, 2017, no. 6, pp. 62-70 [in Russ.].

14. Chiew F., Siriwardena L., Arene S., Rahman J. TREND detection software.

Canberra: CRC for Catchment Hydrology’s (CRCCH) Climate Variability Program,

2017. http://www.toolkit.net.au/trend

Георгиади А.Г., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Алентьев Ю.Ю.

141

15. Cramer H. Mathematical Methods of Statistics. Princeton, Princeton University

Press, 1946, 575 p.

16. Georgiadi A.G., Groisman P.Ya. Long-term changes of water flow, water tem-

perature and heat flux of two largest arctic rivers of European Russia, Northern Dvina

and Pechora. Environmental Research Letters, 2022, vol. 17, no. 8, pp. 1-14. DOI:

10.1088/1748-9326/ac82c1.

17. Georgiadi A.G., Kashutina E.A., Milyukova I.P. Long-term Changes of Water

Flow, Water Temperature and Heat Flux of the Largest Siberian Rivers. Polarforschung,

2018, vol. 87, no. 2, pp. 167-176. DOI: 10.2312/polarforschung.87.2.167

18. Georgiadi A.G., Milyukova I.P. Peculiarities of Long-term Phases of the In-

creased and Decreased Don and Lena Runoff in the 19th–21st Centuries. Russ. Meteorol.

Hydrol., 2023, no. 48. pp. 1066-1075. DOI: 10.3103/S1068373923120075

19. Georgiadi, A.G., Milyukova, I.P. and Kashutina, E.A. Erratum to: Contempo-

rary and Scenario Changes in River Runoff in the Don Basin. Water Resour, 2021,

vol. 48, p. 167. DOI: 10.1134/S0097807821120010.

20. Milyukova I., Georgiadi A., Borodin O. Long-term changes in water flow of the

Volga basin rivers. E3S Web Conf., 2020, vol. 163, pp. 05008. DOI:

10.1051/e3sconf/202016305008.

21. Nash J.E., Sutcliffe J.V. River flow forecasting through conceptual models. Part

I. A discussion of principles. Journal of Hydrology, 1970, no. 10 (3), pp. 282-290.

22. Pettitt A.N. A non-parametric approach to the change-point problem. Journal

of the Royal Statistical Society. Series. C (Applied Statistics), 1979, vol. 28, no. 2,

pp. 126-135.

23. Sharma S., Singh P.K. Long-term spatiotemporal variability in rainfall trends

over the state of Jharkhand. India Climate, 2017, no. 5, pp. 2-18.

24. Shi X., Qin T., Nie H., Weng B., He Sh. Changes in major global river discharges

directed into the ocean. Int. J. of Environ. Res. and Public Health, 2019, no. 16 (8),

pp. 1-19.

25. Stepanek P. AnClim – software for time series analysis. Department of Geog-

raphy Fakulty of Sciences Masaric University, Brno, 2008. Available at:

www.climehom.eu.

Поступила 03.07.2024; одобрена после рецензирования 24.09.2024;

принята в печать 15.10.2024.

Submitted 03.07.2024; approved after reviewing 24.09.2024;

accepted for publication 15.10.2024.