Роль Московской агломерации в изменении стока реки Москвы

УДК 556.5

РОЛЬ МОСКОВСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ В ИЗМЕНЕНИИ СТОКА РЕКИ МОСКВЫ

DOI: 10.24411/1816-1863-2018-13040

Н. И. Коронкевич, д.г.н, профессор, заведующий лабораторией Института географии РАН, hydro-igras@yandex.ru, К. С. Мельник, к.г.н, научный сотрудник Института географии РАН, konsmelnik@gmail.com, Институт географии РАН, г. Москва, Россия

Рассматривается изменение стока р. Москвы под влиянием антропогенных и климатических факторов по сравнению с его нормой, исчисленной за период с конца XIX в. до 1960-х гг. Среди антропогенных факторов выделены ландшафтные преобразования, гидротехническое воздействие и использование воды на различные хозяйственные нужды. Среди ландшафтных преобразований наибольшую роль сыграло увеличение площади урбанизированных земель, особенно водонепроницаемых участков. Увеличение урбанизированных площадей на 1 % приводит к такому же росту годового стока, а увеличение площади водонепроницаемых участков — на 2—3 %. В начале XXI в. рост урбанизированных площадей в бассейне реки Москвы увеличил ее г одовой сток на 9 %. Гидротехническое воздействие увеличило сток, главным образом из-за его переброски по каналу им. Москвы, на 50 %. При этом созданные водохранилища, хотя и несколько уменьшили сток, резко снизили опасность катастрофических наводнений. Использование воды сравнительно мало повлияло на речной сток, снизив его всего на 2 %. В итоге антропогенные факторы в совокупности увеличили годовой сток р. Москвы на 57 %. С учетом климатических изменений он превысил свою норму в 1,7 раза. Из общего увеличения стока 77 % приходится на антропогенные факторы, 23 % — на климатические. Кардинально изменилось сезонное распределение стока за счет его регулирования водохранилищами.

Change of a drain of the river of Moscow under the influence of anthropogenic and climatic factors in comparison with its norm estimated from the end of the 19th century till 1960th is considered. Among anthropogenic factors landscape transformations, hydrotechnical influence and use of water are allocated for various economic needs. Among landscape transformations the greatest role was played by increase in the area of the urbanized lands, especially waterproof sites. Increase in the urbanized squares at 1 % leads to the same growth of an annual drain, and increase in the area of waterproof sites — for 2—3 %. At the beginning of the 21st century growth of the urbanized areas in the basin of the river of Moscow increased its annual drain by 9 %. Hydrotechnical influence increased a drain, mainly because of its transfer across the Moscow Canal, by 50 %. At the same time the created reservoirs, though reduced a drain a little, sharply reduced danger of catastrophic floods. Water use affected a river drain a little, having lowered it by only 2 %. As a result anthropogenic factors in total increased an annual drain of the river of Moscow by 57 %. Taking into account climatic changes it exceeded the norm by 1,7 times. From the general increase in a drain of 77 % 23 % — on climatic are the share of anthropogenic factors. Cardinally seasonal distribution of a drain due to its regulation by reservoirs changed.

Ключевые слова: реки, природные и антропогенные факторы, урбанизированные земли, климатические изменения.

Key words: rivers, floods, natural and anthropogenic factors, flood protection, urbanized lands, climatic changes.

С середины Х1Х века и по настоящее время изменения стока реки Москвы во многом обусловлены антропогенной нагрузкой на водные ресурсы рассматриваемого региона, одного из наиболее хозяйственно-освоенных в России. Отдельные части бассейна реки Москвы хорошо изучены в гидрологическом отношении, как и отдельные факторы формирования водных ресурсов. Вместе с тем остается недостаточно изученным целый ряд вопросов. К их ч ислу относится оценка влияния на годовой сток реки Москвы и его режим ряда антропогенных факторов, особенно

Московской агломерации, и их комплекса в отдельные периоды и особенно на современном этапе, когда произошла существенная перестройка в структуре хозяйственной деятельности на фоне климатических изменений.

Для рассмотрения выделяются следующие основные периоды:

— середина XIX столетия (1850-е гг.), когда условия формирования стока были близки к естественным;

— с конца XIX столетия до 60-х гг. ХХ столетия — период, за который ранее исчислялась норма стока для большинст-

ва рек СССР [1—3] и для которого имеются обобщенные данные воднобалансовых станций [4]. Этот период принят в качестве исходного для расчетов гидрологических изменений в другие периоды. Для всего бассейна реки Москвы норма стока на основании карты изолиний стока, содержащейся в справочнике [Ресурсы поверхностных вод..., 1973], определена нами в размере 180 мм, 3,2 км3, 101 м3/с;

— начало XXI столетия (2000—2010 гг.), характеризующееся выраженным разнонаправленным воздействием на водные ресурсы отдельных антропогенных факторов и наибольшим развитием урбанизированных площадей на фоне происходящих климатических изменений.

Под термином «норма стока» подразумевается среднемноголетний сток за период с конца XIX столетия до 1960-х гг., а последняя норма обозначается как «норма за 1930—1980 гг.». Тем не менее эти нормы близки по величине стока. Так, в створе г. Звенигород по данным Государственного водного кадастра (ГВК) [5] они соответственно равны 32,3 и 31,7 м3/с.

Бассейн реки Москвы издавна освоен человеком. Если судить по численности населения, то в бассейне реки Москвы происходило почти непрерывное нарастание общей антропогенной нагрузки на ее водосбор. Особенно быстро шел процесс урбанизации территории. При росте общей численности населения к настоя -щему времени по сравнению с серединой XIX века почти в 19 раз, численность городского населения возросла в 34 раза. Если в середине XIX века было 7 городов, то в начале XXI века — 40 (при уменьшении сельских населенных пунктов). Общая численность населения города Москвы за все рассматриваемые периоды возросла в 30 раз. Площадь городов увеличилась к 2010 году почти в 20 раз, а к 2013 (в связи с расширением города Москвы) — более ч ем в 30 раз, хотя большую часть ее новой территории пока нельзя считать урбанизированной. При этом общая площадь водонепроницаемых территорий, занятых крышами домов, дорогами, тротуарами и т. д., возросла почти в 20 раз. Общая площадь урбанизированных территорий бассейна реки Москвы увеличилась середины XIX века к началу XXI века почти в 68 раз.

Основные расчеты гидрологический изменений под влиянием ландшафтных преобразований показали, что среди них наибольшую роль в последнее время играло увеличение площади урбанизированных земель, особенно водонепроницаемых участков. Показано [6], что увеличение урбанизированных площадей на 1 % приводит к такому же росту годового стока, а увеличение площади водонепроницаемых участков — на 2—3 %.

Гидротехническое освоение бассейна реки Москвы с середины XIX века по 30-е гг. ХХ века представлено в основном изменением количества прудов, наиболее крупные из которых можно считать малыми водохранилищами. Причем в настоящее время общее их число более 2000, с общей площадью 108 км2, лишь не на много превышает то, что имело место в середине XIX столетия (около 1800, с общей площадью 89 км2). При этом размер одного пруда составляет в среднем 0,05 км2, а объем при средней глубине 2 м — 1 млн м3. Общий объем прудов составляет довольно большую величину. Однако их водорегулирующая роль сравнительно невелика, учитывая малый полезный объем, частые прорывы плотин при больших половодьях. К тому же общее число прудов относительно мало менялось за рассматриваемые периоды времени, как и эффект регулирования их стока [7].

С Истринского водохранилища, построенного в 1935 г., началось создание основных объектов Москворецкого источника водоснабжения, завершившееся в 1977 г. запуском Вазузской системы (ВГТС). Общая площадь крупных водохранилищ, расположенных в бассейне реки Москвы, оценивается в 129 км2, а суммарная величина их полезного объема в 770 млн м3. Полезный объем созданных к настоящему времени водохранилищ в бассейне реки Москвы составляет примерно 1/3 объема рекордного стока половодья 1908 г. приблизительно 1 % обеспеченности на «входе» в г. Москву у Рублевского гидроузла, что позволяет соответственно уменьшить размеры такого наводнения и в значительной мере избежать катастрофических затоплений. Вместе с тем создание прудов и водохранилищ приводит к уменьшению годового стока за счет заполнения «мертвого объема», а главным обра-

о>

О

О -1

О

зом дополнительных потерь на испарение с их акватории.

Наибольшее воздействие на годовой сток реки Москвы оказала переброска стока по каналу имени Москвы и отчасти по ВГТС, превышавшая в отдельные годы 2 км3. В последнее время объемы перебрасываемой воды существенно снизились, хотя они по-прежнему значительно превышают величину безвозвратных изъятий при использовании воды на различные нужды. Общий безвозвратный расход воды в середине второй половины ХХ века оценивается в размере 557 млн м3, несколько меньше он был в начале ХХ1 века, но поскольку и в период исчисления нормы безвозвратные изъятия тоже имели место, уменьшение стока реки Москвы в последние десятилетия оценивается лишь в 2—3 %.

В табл. 1. представлена разница значений стока реки Москвы по сравнению с

Таблица 1 Изменение стока реки Москвы по сравнению с периодом исчисления его нормы (3170 млн м3) под влиянием

основных видов хозяйственной деятельности при средних многолетних

3

климатических условиях, млн м

Показатель* Середина XIX века Начало XXI века

Ландшафтные преобра- -194/-6 282/9

зования

Гидротехнические —5/—<1 1589/50

воздействия**

Использование воды 58/2 -54/-2

Всего -141/-4 1817/57

* В числителе — изменения в млн м3; в знаменателе — в %.

** Без учета гидротехнических воздействий в период исчисления нормы стока.

Таблица 2 Средний годовой сток реки Москвы в замыкающем створе при средних многолетних климатических условиях,

млн м

3

Показатель Середина XIX века Начало XXI века Период исчисления нормы стока

Объем стока, 3029 4987 3170

периодом исчисления его нормы, обусловленная различными видами хозяйственной деятельности. Ее анализ свидетельствует о том, что с течением времени влияние ландшафтных преобразований непрерывно нарастало в сторону увеличения стока, достигнув максимума в начале ХХ1 столетия (почти 10 % от нормы), в основном в результате роста урбанизированных площадей. Гидротехническое воздействие на годовой сток обусловленное, главным образом, переброской по каналу имени Москвы с середины 1930-х гг., составило 60 % общего стока реки Москвы во второй половине ХХ века, при максимуме на рубеже ХХ и ХХ1 веков с последующим снижением до 50 %. Сравнительно невелико в последнее время, как отмечено выше, воздействие на годовой сток реки Москвы в результате безвозвратных изъятий воды, уступающее по размерам другим видам хозяйственной деятельности, представленным в табл. 1.

В начале XXI столетия можно отметить практически одинаковое воздействие комплекса антропогенных факторов на речной сток, однако изменилась их структура, главным образом за счет увеличения доли ландшафтных преобразований (в основном урбанизация территории) на современном этапе и снижении доли гидротехнического воздействия. Применительно к стоку реки Москвы в замыкающем створе сток в отдельные периоды можно представить следующим образом (табл. 2). Итого, с учетом всех изменений в середине Х1Х века он превысил 3 км3/год, а в начале XXI века — приблизился к 5 км3/год.

Осредненный водохозяйственный баланс реки Москвы в начале XXI века, отталкиваясь от величины стока в середине XIX века, можно представить следующим образом (табл. 3). Приведенные здесь значения антропогенных воздействий определены по разнице с аналогичными показателями на уровне середины XIX века. Вместе с тем, очевидно, что климатические условия существенно изменились в последнее время, способствуя в целом увеличению стока. Под их влиянием в створе г. Звенигород сток реки Москвы в 2000—2010 гг. возрос в среднем на 22 %. Для оценки же увеличения стока реки Москвы в целом были привлечены сведения о местном стоке Московской области,

Таблица 3

Водохозяйственный баланс реки Москвы в начале XXI столетия к

3 о

при средних климатических условиях, млн м о

Приходная часть Расходная часть

Условно-естественный сток р. Москвы на уровне XIX века 3029 Потери на дополнительное испарение с прудов и водохранилищ 6

Ландшафтные преобразования 475 Безвозвратные изъятия в процессе использования воды 363

Переброска стока Забор подземных вод 1600 389 Дополнительная фильтрация в подземные горизонты 137

Всего 5493 Всего 506

Баланс: 4987 млн м3

содержащиеся в ГВК и свидетельствующие об его увеличении в этот период в основном под влиянием климата по сравнению с нормой за 1930—1980 гг. на 17 %. Учитывая, что обе нормы стока близки, можно очевидно, распространить это относительное изменение (17 %) и на весь бассейн реки Москвы, имея ввиду, что он находится в центре Московской области.

В объеме стока это возрастание выражается в 539 млн м3. Итого с учетом же климатических изменений и всех видов хозяйственной деятельности фактический сток в бассейне реки Москвы в начале XXI века оценивается в среднем в 5526 млн м3 (174 м3/с), что в 1,7 раза превышает за период исчисления его нормы. Из общего увеличения стока на 2356 млн м3 более 77 % (1817 млн м3) приходится на долю антропогенных воздействий, а 23 % — на влияние климата. Однако в самые последние годы отмечается тенденция снижения стока реки Москвы.

Кардинально в целом изменилось сезонное распределение стока. Сток в зим-

нюю межень, увеличившись по сравнению с нормой более чем в 3 раза, возрос в долевом участии внутригодового распределения в 2 раза, сток летне-осенней межени — соответственно в 2 и 1,3 раза.

Сток весеннего половодья в объемном выражении вырос сравнительно мало — менее чем на 10 %, при снижении доли вклада в годовой сток в 1,4 раза.

Если учесть современные климатические изменения в полном объеме (частично они участвуют в представленных данных по гидротехническому регулированию стока), которые согласно публикациям на эту тему [8—11] происходили в последние десятилетия и способствовали усилению естественной зарегулированности стока, то можно полагать, что доля зимней и летне-осенней межени еще выше, а доля весеннего половодья ниже полученных нами результатов, но данный вопрос требует дальнейших исследований.

Исследования проведены при поддержке гранта РФФИ № 18-05-00479.

Библиографический список

1. Воскресенский К. П. Норма и изменчивость годового стока рек Советского Союза. — Л.: Гидро-метеоиздат, 1962. — 548 с.

2. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Том. 10. Книга 1. ВерхнеВолжский район. — М.: Московское отделение Гидрометоиздат, 1973. — 475 с.

3. Водные ресурсы и водный баланс территории Советского Союза / Л.: Гидрометеоиздат, 1967. — 200 с.

4. Коронкевич Н. И. Водный баланс Русской равнины и его антропогенные изменения. — М.: Наука, 1990. — 205 с.

5. Государственный водный кадастр. Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество. Ежегодное издание, 1982—2012 гг.

6. Коронкевич Н. И., Мельник К. С. Трансформация стока под влиянием ландшафтных изменений в бассейне реки Москвы и на территории города Москвы // Водные ресурсы. — 2015. — Т. 42, № 2. — С. 133—143.

7. Мельник К. С. Гидротехническое воздействие на водные ресурсы в бассейне реки Москвы // Фундаментальные исследования, 2015, № 2 (6), сс. 1230—1237. ^ 8. Георгиевский В. Ю. Изменение стока рек России и Водного баланса Каспийского моря под вли-

^ янием хозяйственной деятельности и глобального потепления. Автореферат диссертации на со-

^ искание ученой степени доктора географических наук. Спб: ГГИ, 2005, 39 с.

9. Шикломанов И. А., Георгиевский В. Ю. Влияние изменений климата на гидрологический режим и водные ресурсы рек России. — в кн. «Гидрологические последствия изменения климата. Новосибирск, 2007. — 192—204 с.

10. Атлас возобновляемых водных ресурсов Европейской части России. М.: ИВП РАН, 2014, 96 с.

11. Джамалов Р. Г., Фролова Н. Л., Телегина Е. А., Рец Е. П. Максимальные и минимальные значения современного подземного стока как показатель естественных ресурсов подземных вод // Недропользование — XXI век, Изд-воНАЭН, 2014, № 527. — 33 с.

ROLE OF THE MOSCOW AGGLOMERATION IN CHANGE OF THE DRAIN OF THE RIVER OF MOSCOW

N. I. Koronkevich, Dr. Sc. (Geogr.), Professor, Head of Laboratory at the Institute of geography RAS, hydro-igras@yandex.ru,

K. S. Melnik, Dr. Sc., Research at the Institute of geography RAS, kons-melnik@gmail.com, Institute of geography of RAS, Moscow, Russia

References

1. Voskresenskij K. P. Norma i izmenchivost' godovogo stoka rek Sovetskogo Soyuza. L.: Gidrometeoizdat, 1962. 548 s.

2. Resursy poverhnostnyh vod SSSR. Gidrologicheskaya izuchennost'. Tom. 10. Kniga 1. Verhne — Volzh-skij rajon. M.: Moskovskoe otdelenie Gidrometoizdat, 1973. — 475 s.

3. Vodnye resursy i vodnyj balans territorii Sovetskogo Soyuza / L.: Gidrometeoizdat, 1967. — 200 s.

4. Koronkevich N. I. Vodnyj balans Russkoj ravniny i ego antropogennye izmeneniya. — M.: Nauka, 1990. — 205 s.

5. Gosudarstvennyj vodnyj kadastr. Resursy poverhnostnyh i podzemnyh vod, ih ispol'zovanie i kachestvo. Ezhegodnoe izdanie, 1982—2012 gg.

6. Koronkevich N. I., Mel'nik K. S. Transformaciya stoka pod vliyaniem landshaftnyh izmenenij v bassejne reki Moskvy i na territorii goroda Moskvy // Vodnye resursy, 2015, T. 42, № 2, s. 133—143.

7. Mel'nik K. S. Gidrotekhnicheskoe vozdejstvie na vodnye resursy v bassejne reki Moskvy // Fundamen-tal'nye issledovaniya, 2015, № 2 (6), ss. 1230—1237.

8. Georgievskij V. Yu., Izmenenie stoka rek Rossii i Vodnogo balansa Kaspijskogo morya pod vliyaniem hozyajstvennoj deyatel'nosti i global'nogo potepleniya. Avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni doktora geograficheskih nauk. Spb: GGI, 2005, 39 s.

9. Shiklomanov I. A., Georgievskij V. Yu. Vliyanie izmenenij klimata na gidrologicheskij rezhim i vodnye resursy rek Rossii. — v kn. "Gidrologicheskie posledstviya izmeneniya klimata, Novosibirsk, 2007, 192—204 s.

10. Atlas vozobnovlyaemyh vodnyh resursov Evropejskoj chasti Rossii. M.: IVP RAN, 2014, 96 s.

11. Dzhamalov R. G., Frolova N. L., Telegina E. A., Rec E. P. Maksimal'nye i minimal'nye znacheniya sovremennogo podzemnogo stoka kak pokazatel' estestvennyh resursov podzemnyh vod // Nedro-pol'zovanie — XXI vek, Izd-vo NAEHN, 2014, № 527. — 33 s.

44

№3, 2018