Тип стока каспийского моря

Подземный сток в Каспийской море

Основная проблема Каспийского моря связана со значитель­ными изменениями его уровня. За последние 15 лет уровень воды в этом крупнейшем в мире внутреннем озере поднялся почти на два метра. Так как колебания уровня воды в озере наносят зна­чительный экономический ущерб, необходимо определить и предпринять меры для поддержания оптимального водно-соле — вого режима в озере, и, следовательно, оптимального уровня воды.

В середине прошлого века было проведено множество ис­следований, посвященных оценке подземного стока в Каспий­ское море. Анализ этих исследований проведен И. С. Зекцером с коллегами (1972). Однако, по данным различных авторов, зна­чения объема подземного стока в Каспийское море различались более чем в 150 раз (от 0,3 до 49,3 км3/год) из-за недостаточной надежности методов, использовавшихся для оценки, и нехватки достоверных гидрогеологических данных для независимых рас­четов. Ниже приведены результаты оценки подземного стока в Каспийское море гидродинамическим методом (Зекцер и др., 1984).

Впадина, в которой расположено Каспийское море, вытяну­та в меридиональном направлении, имеет длину около 1200 км и ширину около 320 км. При современном положении длина береговой линии Каспийского моря составляет около 7000 км.

В акватории Каспийского моря выделяют три впадины: се­верную, среднюю и южную. Северная впадина (Северный Кас­пий) представляет собой мелководную часть моря с глубинами около 5 м, площадь ее около 80 тыс. км2. Средняя впадина (Сред­ний Каспий) представляет собой асимметричную котловину с крутым западным и пологим восточным склонами; максималь­ные ее глубины (до 788 м) находятся в Дербентской впадине у западного берега. Площадь Среднего Каспия 138 тыс. км2. Юж­ная впадина (Южный Каспий) также асимметрична, с крутыми западными и южными берегами. Максимальная глубина здесь в Куринской впадине достигает 1025 м. Благодаря большой глу­бине Южный Каспий заключает в себе около 2/3 всей воды моря.

В Каспийское море впадает более 100 рек. Наиболее круп­ные реки — Волга, Урал и Терек — впадают в Северный Каспий, причем на долю Волги приходится 83% всего речного стока. Среднемноголетний сток рек в Каспийское море составляет 285,3 км3/год или 790 мм/год.

Для подсчета подземного стока в Каспийское море гидроди­намическим методом использовались данные более 3800 сква­жин, пробуренных по всей береговой зоне. Для всех основных водоносных горизонтов были составлены карты уровней повер­хности и водопроницаемости. Общий подземный сток в море по выделенным водоносным горизонтам и комплексам на про­тяжении всей береговой линии Каспийского моря определялся с использованием основной расчетной зависимости Дарси для расхода подземного потока. При этом основные гидрогеологи­ческие параметры не осреднялись в пределах значительных пло­щадей, а снимались непосредственно с соответствующих гид­родинамических карт.

Расчеты расхода потока были выполнены по лентам тока с однородными гидрогеологическими условиями; ширина выде­ленных лент не превышала 30 км. Оцененный таким образом общий подземный сток в Каспийское море составил 3,2 км3/год. Установлено, что основной подземный сток в Каспий формиру­ется на западном побережье из-за благоприятных физико-гео­графических и геолого-гидрогеологических условий (значитель­ное количество осадков, высокая проницаемость крупнозерни­стых терригенных и трещиноватых пород). На восточном побережье подземный сток незначителен из-за сухого климата, низких фильтрационных свойств водоносных пород побережья и малого градиента пьезометрической поверхности подземных вод.

Анализ условий формирования подземного стока в Каспий­ское море показывает, что в пределах западного, восточного и северного его побережий природные факторы оказывают раз­личное влияние на субмаринную разгрузку подземных вод. Так, на западном побережье, которое характеризуется в целом благо­приятными климатическими и геоморфологическими условия­ми питания подземных вод, основное влияние на подземный сток непосредственно в море оказывают геолого-литологиче — ские и гидродинамические факторы. Значительная часть под­земной составляющей здесь формируется из сравнительно глу­боких водоносных горизонтов, характеризующихся высокой водообильностью, хорошими фильтрационными свойствами, значительными напорами и уклонами пьезометрической повер­хности в сторону моря. Подобные условия формирования суб­маринного подземного стока характерны, вероятно, и для иран­ского побережья, отличающегося большим количеством атмос­ферных осадков и благоприятными условиями их инфильтрации.

На восточном и северном побережье Каспийского моря под­земный сток формируется в основном под воздействием клима­тических и геоморфологических факторов. Небольшое количе­ство атмосферных осадков, высокая испаряемость и залегание с поверхности на значительных площадях слабопроницаемых отложений создают неблагоприятные условия для питания под­земных вод и формирования регионального подземного стока. Существенное воздействие на сток подземных вод оказывают многочисленные глубокие бессточные впадины (соры) и эрози­онные врезы временных водотоков, которые перехватывают подземный поток. На этом общем фоне выделяется район Ман — гышлакского артезианского бассейна, где существенную роль также играют процессы карстообразования. Закарстованные и трещиноватые известняки сарматского водоносного комплекса здесь аккумулируют большую часть атмосферных осадков, что обуславливает сравнительно высокий подземный сток из этих отложений в море.

Разгрузка подземных вод в пределах акватории и прибреж­ной части суши происходит в основном за счет процессов пере­текания снизу вверх через разделяющие слабопроницаемые слои. Об этом свидетельствует, в частности, увеличение напоров под­земных вод с глубиной их залегания в прибрежной части, выпо — лаживание пьезометрической поверхности всех водоносных комплексов по мере приближения к береговой линии и ухудше­ние фильтрационных свойств водовмещающих пород в том же направлении. Площадная разгрузка подземных вод перетекани­ем не исключает концентрированных выходов их на дне моря в виде субмаринных источников в районах тектонических нару­шений и обнажения коренных пород. Количественная оценка процессов перетекания показывает, что они могут определять динамику целых артезианских бассейнов или крупных их час­тей. В связи с этим была проведена оценка взаимосвязи водо­носных комплексов и перетекания подземных вод в пределах прибрежной полосы суши и моря и выполнено сопоставление полученных значений вертикальной разгрузки с общим значе­нием подземного стока в море, определенным по зависимости Дарси. Разгрузка инфильтрационных подземных вод перетека­нием через слабопроницаемую кровлю водоносных горизонтов в морские донные отложения происходит в той части моря, где пьезометрические уровни водоносного комплекса располагаются настолько выше уреза морской воды, что существует необходи­мый напорный градиент для вертикальной фильтрации подзем­ных вод. В прибрежной полосе, как правило, развиты водонос­ные системы с прямым соотношением напоров, когда нижеле­жащие водоносные горизонты разгружаются в вышележащие и затем суммарный вертикальный поток дренируется морем.

Выделение прибрежной части моря, где процессы перетека­ния инфильтрационных подземных вод наиболее интенсивны, производилось методом экстраполяции пьезометрических про­филей каждого комплекса до абсолютной отметки уровня моря. Однако из-за неточности экстраполяции граница наиболее ин­тенсивной разгрузки подземных вод в акватории моря является условной. Процессы перетекания, видимо, происходят на более значительных площадях, но наибольших своих значений они достигают именно в пределах выделенных зон прибрежной по­лосы. Эта условная граница субмаринной разгрузки подземных вод перетеканием на западном побережье находится на расстоя­нии от береговой линии от нескольких километров для древне — четвертичного водоносного комплекса до ста километров для сарматского водоносного комплекса На восточном побережье эта полоса расширяется в некоторых местах до 120 км для сар­матского и нижележащих водоносных комплексов.

Проведенная количественная оценка взаимосвязи водонос­ных комплексов показывает, что основная разгрузка подземных вод перетеканием происходит в пределах суши, где модули вер­тикального потока колеблются от единиц до 0,5 л/с-км2, посте­пенно снижаясь по направлению к морю до 0,2 л/с-км2. Это вы­звано тем, что в районах, прилегающих к областям питания или близких к ним, водоносные комплексы наиболее водообиль — ны и обладают значительным напорным вертикальным гради­ентом, а разделяющие их слабопроницаемые слои маломощ­ны и опесчанены. Коэффициент перетекания здесь составляет 510_5-5-10-бл/сут, а вертикальный расход достигает нескольких десятков тысяч кубических метров в сутки с площади расчетной ячейки 100 км2. Следовательно, по мере приближения к берего­вой линии основная часть подземного потока разгружается как за счет процессов площадного перетекания, так и в результате его естественного и искусственного дренирования.

В связи с этим к морю подходит сравнительно маломощный поток подземных вод, разгрузка которого, как показали про­веденные расчеты, возможна за счет процессов перетекания в пределы выделенных ранее площадей акватории. Здесь модули вертикального потока изменяются от 0,2 до 0,1 л/с-км2, посте­пенно снижаясь к условной границе выделенных площадей до 0,05 л/с-км2. Коэффициенты перетекания здесь, как правило, не превышают 1-Ю»6 л/сут, снижаясь на отдельных участках до 1 • 10 7 л/сут. Это свидетельствует о значительной мощности и гли­нистости разделяющих слоев. Общая разгрузка напорных под­земных вод перетеканием в прибрежной части моря, охвачен­ной расчетами, составляет около 1 км3/год (рис. 4.4.1).

По всему периметру моря, разделенному на 15 расчетных уча­стков со сходными гидрогеологическими свойствами и рассчи­танными параметрами, и близкими значениями солености под­земных вод в выделенных водоносных горизонтах, разгружаю­щихся в море, была выполнена оценка поступления в Каспий растворенных веществ. Общее количество выноса солей в море с подземными водами составляет 23 млн. т/год. Таким образом, несмотря на то, что подземный сток в Каспий незначителен и составляет всего около 1-2% от притока поверхностных вод, вынос растворенных веществ с подземными водами составляет 27% от поступления растворенных веществ с поверхностными водами. Это обстоятельство крайне важно учитывать при изуче­нии гидрохимического и гидробиологического режима Каспия (Джамалов и др., 1977; Зекцер и др., 1972, 1984).

В последние годы в поисках причин колебаний уровня моря некоторые исследователи обратили внимание на геологические факторы формирования его баланса и режима, такие как текто­нические движения, современный вулканизм, землетрясения. Однако влияние указанных «подземных» факторов на формиро­вание режима и баланса Каспийского моря изучено чрезвычай­но слабо, лишь в работе (Шико, 1989) впервые поставлен воп­рос о возможном влиянии современных геодинамических про­цессов на водный режим моря.

Рассматривается также возможное влияние грязевого вулка­низма на водно-солевой режим Каспийского моря.

По результатам морфометрической съемки дна Каспийского моря зарегистрировано 142 действующих грязевых вулкана (Яку­бов и др., 1983). Как правило, эти образования приурочены к

Рис. 4.4.1. Карта вертикальной разгрузки напорных вод

1 — изолиния модуля вертикальной разгрузки напорных подземных вод, л/с-км-; условная граница области субмаринной разгрузки напорных подземных вод а море

Зонам тектонических нарушений. В частности, в районе Апше- ронского порога грязевые вулканы вытянуты цепочкой вдоль Апшероно-Прибалханского разлома. На несомненную связь под­водных грязевых вулканов Южно-Каспийской впадины с глу­бинными разломами указывалось в (Кулакова, Лебедев, 1983). Все это позволяет рассматривать подводные грязевые вулканы в качестве отдельных источников субаквальной разгрузки подзем­ных вод глубоких обводненных пластов, характеризующихся затрудненным водообменом.

Н. Ф. Глазовским с соавторами (1976) было показано, что общий объем воды, поступающий в море из жерл грязевых вул­канов в период спокойной стадии (при дебите исследованных грифонов и сопок 0,05-0,5 л/мин), оценивается величиной 0,001 км3/год; в период сильных извержений (при частоте не более двух извержений в год) объем воды достигает 0,01 км3; количество солей, поступающих вместе с водами грязевых вул­канов в море, составляет 2-10s т/год.

Исследования подводных грязевых вулканов Южно-Каспий­ской впадины затруднены из-за больших глубин (от первых десятков до 800 м и более), а отсутствие специальных методи­ческих рекомендаций и соответствующей измерительной аппа­ратуры не позволяет фиксировать с достаточной точностью ко­личество эруптивной воды. Об интенсивности их деятельности лишь косвенно можно судить по высоте конуса сопочной брек­чии, которая варьирует (от 0,5 до 500 м и более). Вместе с тем в настоящее время накоплен достаточный материал о действую­щих наземных грязевых вулканах, который можно экстрапо­лировать по аналогии на подводные грязевые вулканы. Это позволяет выполнить предварительную оценку поступления воды и растворенных веществ в море из подводных грязевых вулканов.

Выполненные исследования (Зекцер и др., 1994) показали, что роль грязевулканической деятельности в общем водном ба­лансе Каспия невелика, однако ее влияние на химический со­став морской воды и образование аномальных гидрохимиче­ских зон достаточно заметно. Вынос растворенных веществ гря­зевыми вулканами составляет от 2,8 до 9,3% суммарной величи­ны поступления солей в Каспийское море с речным стоком.

Источник

Каспийское море

Каспи́ йское мо́ ре (Ка́спий) – самый крупный замкнутый водоём на Земле. По своим размерам Каспийское море намного превосходит такие озёра, как Верхнее, Виктория, Гурон, Мичиган, Байкал. По формальным признакам Каспийское море – это бессточное озеро. Однако, учитывая его большие размеры, солоноватые воды и режим, сходный с морским, этот водоём называют морем.

По одной из гипотез, Каспийское море (у древних славян – Хвалынское море) получило своё название в честь племён каспиев, живших до нашей эры на его юго-западном побережье.

Каспийское море омывает берега пяти государств: России, Азербайджана, Ирана, Туркменистана и Казахстана.

Каспийское море вытянуто в меридиональном направлении и расположено между 36°33΄ и 47°07΄ с.ш. и 45°43΄ и 54°03΄ в.д. (без залива Кара-Богаз-Гол). Протяжённость моря по меридиану около 1200 км; средняя ширина – 310 км. Северный берег Каспийского моря окаймлён Прикаспийской низменностью, восточный – пустынями Средней Азии; на западе к морю подходят горы Кавказа, на юге вблизи берега протягивается хребет Эльбурс.

Поверхность Каспийского моря находится значительно ниже уровня Мирового океана. Его современный уровень колеблется около отметок -27…-28 м БС Балтийская система высот (БС или БСВ) — принятая 1977 году в СССР система абсолютных высот, отсчёт которых ведётся от нуля кронштадтского футштока. В настоящее время используется в России и ряде других стран СНГ. . Этим уровням соответствуют площадь поверхности моря 390 и 380 тыс. км 2 (без залива Кара-Богаз-Гол), объём вод 74,15 и 73,75 тыс. км 3 , средняя глубина примерно 190 м.

Каспийское море традиционно делят на три крупные части: Северный (24% площади моря), Средний (36%) и Южный Каспий (40%), существенно отличающиеся морфологией и режимом, а также большой и обособленный залив Кара-Богаз-Гол. Северная, шельфовая часть моря мелководная: средняя её глубина 5–6 м, максимальные глубины 15–25 м, объём менее 1% общей водной массы моря. Средний Каспий представляет собой обособленную котловину с областью максимальных глубин в Дербентской впадине (788 м); средняя его глубина около 190 м. В Южном Каспии средняя и максимальная глубины – 345 и 1025 м (в Южно-Каспийской впадине); здесь сосредоточено 65% водной массы моря.

В Каспийском море около 50 островов общей площадью приблизительно 400 км 2 ; основные – Тюлений, Чечень, Зюдев, Коневский, Джамбайский, Дурнева, Огурчинский, Апшеронские. Протяжённость береговой линии примерно 6,8 тыс. км, с островами – до 7,5 тыс. км. Берега Каспийского моря отличаются разнообразием. В северной и восточной части они довольно сильно изрезаны. Здесь расположены крупные заливы Кизлярский, Комсомолец, Мангышлакский, Казахский, Кара-Богаз-Гол, Красноводский и Туркменский, множество бухт; у западного побережья – Кызылагачский. Наиболее крупные полуострова – Аграханский, Бузачи, Тюб-Караган, Мангышлак, Красноводский, Челекен и Апшеронский. Наиболее распространены берега аккумулятивные; участки с абразионными берегами встречаются по контуру Среднего и Южного Каспия.

В Каспийское море впадает свыше 130 рек, из них наиболее крупные – Волга, Урал, Терек, Сулак, Самур, Кура, Сефидруд, Атрек, Эмба (её сток поступает в море только в многоводные годы). Девять рек имеют дельты; крупнейшие находятся в устьях Волги и Терека.

Площадь водосбора Каспийского моря около 3,1 млн км 2 , из них около 1 млн км 2 приходится на бессточные области.

Основная черта Каспия, как бессточного водоёма, – неустойчивость и большой диапазон многолетних колебаний его уровня. Эта наиболее важная гидрологическая особенность Каспийского моря оказывает существенное влияние на все его другие гидрологические характеристики, а также на строение и режим устьев рек, на береговые зоны. В плейстоцене Эпоха оледенений, предшествующая современной геологической эпохе (голоцену). уровень Каспийского моря изменялся в диапазоне

200 м: от -140 до +50 м БС; в голоцене Послеледниковая эпоха — современная геологическая эпоха, начавшаяся после окончания последнего материкового оледенения Северной Европы. от -34 до -20 м БС. С первой трети XIX в. и до 1977 г. уровень моря снизился примерно на 3,8 м – до самой низкой отметки за последние 400 лет (-29,01 м БС). В 1978–1995 гг. уровень Каспийского моря поднялся на 2,35 м и достиг -26,66 м БС. С 1995 г. доминирует некоторая тенденция к понижению уровня – до -27,69 м БС в 2013 г.

Во время крупных трансгрессий Наступление моря на сушу в результате опускания последней, поднятия морского дна или увеличения объема воды в бассейне моря. северный берег Каспия смещался до Самарской Луки на Волге, а может быть, и дальше. При максимальных трансгрессиях Каспий превращался в сточное озеро: избыток вод стекал через Кума-Манычскую впадину в Азовское море и далее – в Чёрное море. В экстремальные регрессии южный берег Каспия смещался до Апшеронского порога.

Многолетние колебания уровня Каспия объясняются изменением структуры водного баланса Каспийского моря. Уровень моря повышается тогда, когда приходная часть водного баланса (прежде всего водный сток рек) возрастает и превышает расходную часть, и понижается, если приток речных вод сокращается. Суммарный водный сток всех рек составляет в среднем 300 км 3 /год; при этом на долю пяти крупнейших рек приходится почти 95% (Волга даёт 83%). В период наиболее низкого стояния уровня моря, в 1942–1977 гг., сток рек составил 275,3 км 3 /год (из них 234,6 км 3 /год – сток Волги), осадки – 70,9, подземный сток – 4 км 3 /год, а испарение и отток в залив Кара-Богаз-Гол – 354,79 и 9,8 км 3 /год. В период интенсивного подъёма уровня моря, в 1978–1995 гг., – соответственно 315 (Волга – 274,1), 86,1, 4, 348,79 и 8,7 км 3 /год; в современный период – 287,4 (Волга – 248,2), 75,3, 4, 378,3 и 16,3 км 3 /год.

Для внутригодовых изменений уровня Каспийского моря характерны максимум в июне–июле и минимум в феврале; размах внутригодовых колебаний уровня составляет 30–40 см. Сгонно-нагонные колебания уровня проявляются по всему морю, но наиболее значительны они в северной части, где при максимальных нагонах уровень может повыситься на 2–4,5 м и урез «отступить» на несколько десятков километров в глубь суши, а при сгонах – понизиться на 1–2,5 м. Сейшевые и приливные колебания уровня не превышают 0,1–0,2 м.

Несмотря на сравнительно небольшие размеры водоёма в Каспийском море бывает сильное волнение. Наибольшие высоты волн в Южном Каспии могут достигать 10–11 м. Высоты волн уменьшаются в направлении с юга на север. Штормовое волнение может развиться в любое время года, но чаще и опаснее оно в холодное полугодие.

В Каспийском море в целом преобладают ветровые течения; тем не менее на устьевых взморьях крупных рек заметную роль играют стоковые течения. В Среднем Каспии преобладает циклоническая циркуляция вод, в Южном Каспии – антициклоническая. В северной части моря схемы ветровых течений более нерегулярны и зависят от характеристик и изменчивости ветра, рельефа дна и очертания берегов, стока рек и водной растительности.

Температура воды подвержена значительным широтным и сезонным изменениям. В зимний период она изменяется от 0–0,5 o C у кромки льда на севере моря до 10–11 o C на юге. Летом температура воды в море в среднем 23–28 o C, а на мелководных прибрежных акваториях в Северном Каспии может достигать 35–40 o C. На глубинах поддерживается постоянная температура: глубже 100 м она составляет 4–7 o C.

Зимой замерзает только северная часть Каспийского моря; в суровую зиму – весь Северный Каспий и прибрежные зоны Среднего Каспия. Ледостав в Северном Каспии продолжается с ноября по март.

Солёность воды особенно резко изменяется в северной части моря: от 0,1‰ на устьевых взморьях Волги и Урала до 10–12‰ на границе со Средним Каспием. В Северном Каспии велика и временная изменчивость солёности воды. В средней и южной частях моря колебания солёности невелики: в основном она составляет 12,5–13,5‰, увеличиваясь с севера на юг и с запада на восток. Самая большая солёность воды в заливе Кара-Богаз-Гол (до 300‰). С глубиной солёность воды возрастает незначительно (на 0,1–0,3‰). Средняя солёность моря около 12,5‰.

В Каспийском море и устьях впадающих в него рек обитает более ста видов рыб. Имеются средиземноморские и арктические вселенцы. Объектом промысла служат бычковые, сельдевые, лососёвые, карповые, кефалевые и осетровые рыбы. Последние насчитывают пять видов: осётр, белуга, севрюга, шип и стерлядь. Море способно давать ежегодно до 500–550 тыс. т рыбы, если не допускать её перелова. Из морских млекопитающих в Каспийском море обитает эндемичный каспийский тюлень. Через Каспийский регион ежегодно мигрируют 5–6 млн водоплавающих птиц.

Экономика Каспийского море связана с добычей нефти и газа, судоходством, рыболовством, добычей морепродуктов, различных солей и минералов (залив Кара-Богаз-Гол), с использованием рекреационных ресурсов. Разведанные ресурсы нефти в Каспийское море составляют около 10 млрд т, общие ресурсы нефти и газоконденсата оцениваются в 18–20 млрд т. Добыча нефти и газа ведётся во всё возрастающих масштабах. Используется Каспийское море и водным транспортом, в том числе по трассам река–море и море–река. Главные порты Каспия: Астрахань, Оля, Махачкала (Россия), Актау, Атырау (Казахстан), Баку (Азербайджан), Ноушехр, Бендер-Энзели, Бендер-Торкемен (Иран) и Туркменбаши (Туркменистан).

Хозяйственная деятельность и гидрологические особенности Каспийского моря создают ряд серьёзных экологических и водохозяйственных проблем. Среди них: антропогенное загрязнение речных и морских вод (в основном нефтепродуктами, фенолами и СПАВами), браконьерство и сокращение рыбьего поголовья, особенно осетровых; ущербы для населения и прибрежно-приморской хозяйственной деятельности вследствие крупномасштабных и быстрых изменений уровня водоёма, воздействие многочисленных опасных гидрологических явлений и гидролого-морфологических процессов.

Общий экономический ущерб для всех прикаспийских стран, связанный с быстрым и значительным недавним подъёмом уровня Каспийского моря, затоплением части береговой суши, разрушением берегов и береговых построек, составил по приблизительным оценкам от 15 до 30 млрд долл. США. Потребовалось срочное проведение инженерных мер по защите берегов.

Резкое падение уровня Каспия в 1930–1970-х гг. привело к меньшим ущербам, но и они были значительными. Обмелели судоходные подходные каналы, сильно заросло мелководное взморье в устьях Волги и Урала, что стало препятствием для прохода рыб в реки на нерест. Через упомянутые взморья пришлось сооружать рыбоходные каналы.

К числу нерешённых проблем относится и отсутствие международного соглашения о международно-правовом статусе Каспийского моря, разделе его акватории, дна и недр.

Каспийское море – объект многолетних исследований специалистов всех прикаспийских государств. В изучении Каспия активное участие принимали такие отечественные организации, как Государственный океанографический институт, Государственный гидрологический институт, Институт водных проблем РАН, Институт океанологии РАН, Гидрометцентр России, Каспийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства, географический факультет Московского государственного университета и др.

Источник