Водные ресурсы рек Российской Федерации

1.

Водные ресурсы рек
Российской Федерации
Mikhail Georgievsky
(State Hydrological Institute, St. Petersburg, Russia)
([email protected])
Based on materials of SHI researchers:
I.A. Shiklomanov, V.Yu. Georgievsky, I.L. Kalyuzhnyi, S.A. Lavrov,
V.I. Babkin, Zh.A. Balonishnikova, V.S. Vuglinsky, S.A. Zhuravin,
O.A. Anisimov, E.V. Gurevich, M.L. Markov, A.L.Shalygin

2.

Presentation Outline
River water resources of the Russian
Federation and their long-term dynamics
Changes in seasonal runoff
Possible future changes

3. Водные объекты РФ

Количество рек – 2 миллиона 300 тысяч
Количество озер – 2 миллиона 200 тысяч
Количество водохранилищ – 2300 (в т.ч.
363 емкостью > 10 млн. м³)
Болота занимают 11 % территории РФ

4. Water resources of the Russian Federation

The Arctic ocean
Basin
(70 %)
Water
resources
of Russia
The Pacific
ocean Basin
(20 %)
4350 km3/year
(1936-2014)
Russia is one of the
most prosperous
countries over the
world in respect of
renewable water
resources
Basins of the Atlantic
ocean and the Caspian
and Black seas
(10 %)
Average annual water resources of the Russian Federation
during 1936-2014 period reach 4350 km3/year
4140 km3/year formed within the country
210 km3/year coming from the neighboring states

5. Water resources of the largest Russian rivers in km3/year and their contribution in % to the total water recourses

6.

The long-term dynamics of renewable water
resources of the Russian Federation
The total increase in the Russian water resources for 1981-2012 period
amounted to the average of 211 km3/year, which is 5,0% higher than it was
during 1930-1980. The water resources increase is representative for all
federal districts of Russia.

7. Суммарный сток крупнейших рек бассейна Северного Ледовитого океана: Печоры, Северной Двины, Оби, Енисея, Лены, Колымы

2300
2100
1820
км3/год
1900
1720
1700
1500
приток в СЛО
1940-80 (норма )
1981-2014
1300
1930
1940
1950
1960
1970
года
1980
1990
2000
2010
7

8. Changes in river runoff resources by Federal Districts during 1981-2012 period in comparison with 1930-1980 period

Federal District
Area,
thsd. km2
Average annual water
resources, km3/year
Anomaly
(1981÷2012 - 1930÷1980)
1930-1980
1981-2012
km3/year
%
North-West
1687
607
654
47,5
7,8
Central
650
126
137
10,5
8,3
Volga
1037
271
308
37,0
13,6
South
421
289
North Caucasus
342
26,1
8,2
170
27,5
Ural
1818
597
605
7,3
1,2
Siberian
5145
1321
1368
47,1
3,6
Far East
6169
1848
1902
54,2
2,9
17098
4259
4463
204
4,8
Russian Federation

9. ПОЧЕМУ?

10. Произошедшее на территории России потепление – свершившийся факт !

11. Regional changes in air temperature, °С/10 year (год)

0.47
0.52
0.62
0.53
0.57
Текст слайда
0.69
0.45
0.33
0.46
0.39
E
0.49
0.36
0.53
C
0.42
0.38
- regionally averaged air temperature by hydroclimatic regions;
- air temperature of some selected meteorological stations of hydroclimatic regions;
Vertical lines indicate the beginning of modern climatic period;
Numbers are regionally averaged trends of mean annual air temperature (degree centigrade per 10 year) calculated over
the modern climatic period
11

12. Anomalies of precipitation (mm/month) during 1936-2012 period in comparison with 1961-1990 period averaged over main regions of Russia

European part of Russia
Baikal region
Amur region
Western Siberia
mm/month
Deviation from the average value over 1961-1990 period
Anomalies of precipitation (mm/month) during 1936-2012 period
in comparison with 1961-1990 period averaged over main regions of Russia
Middle Siberia
Eastern Siberia
12

13. Средняя скорость изменения среднегодовой и средних сезонных температур воздуха на территории России за период 1976-2010 гг. (°C/10 лет) (Доклад о

Средняя скорость
изменения среднегодовой
и средних сезонных
температур воздуха
на территории России
за период 1976-2010 гг.
(°C/10 лет)
(Доклад об особенностях климата на
территории Российской Федерации, Москва,
Росгидромет 2011)

14. Средние годовые и сезонные аномалии температуры приземного воздуха (оС) осредненные по территории Российской Федерации за период 1936-2010 гг.

Сглаженные кривые соответствуют
11-летнему скользящему осреднению.
Линейные тренды показаны за 1976-2010
гг.
(Доклад об особенностях климата на территории
Российской Федерации, Москва, Росгидромет
2011)

15. Какова реакция стока рек на произошедшее потепление?

16. Changes in seasonal runoff

The results of a comprehensive statistical analysis of seasonal
and monthly runoff of rivers with natural water regime led to
conclusion that the ongoing climate changes had strongly
impact on the regime of winter and summer-autumn river flows.

17. Методология оценки современных климатообусловленных изменений водного режима рек

Основой диагноза современных изменений речного стока является
комплексный статистический анализ многолетних рядов годового,
весеннего, летне-осеннего и зимнего стока средних рек.
Выбор створов для анализа производится с учетом следующих
условий:
• наличие данных наблюдений продолжительностью не менее 50-60
лет;
• отсутствие или минимальное количество пропусков в наблюдениях;
• минимальное влияние хозяйственной деятельности на годовой и
сезонный сток.
С учетом этих условий в ГГИ используется постоянно пополняемый
архив данных по месячному стоку средних рек России, который служит
основой для оценки гидрологических последствий потепления
последних десятилетий ХХ – начала XXI веков. В настоящее время
архив насчитывает более 400 постов на реках России, в т.ч. 79 постов в
бассейне Волги.

18.

В результате статистического анализа многолетней динамики
водности этих рек установлено:
• что с конца 1970-х – начала 1980-х гг. на реках РФ произошли
значительные изменения во внутригодовом распределении стока,
характеризующиеся, прежде всего, существенным увеличением
меженного стока, особенно зимнего, практически на всей территории
страны.
• эти изменения уже оказывают существенное влияние на ряд
отраслей экономики страны (энергетика, водный транспорт,
промышленно-коммунальное
и
сельскохозяйственное
водопотребление).

19.

Для количественных оценок произошедших климатообусловленных
изменений водного режима были выделены два периода – базовый
(1946-1977 гг.), в течение которого не отмечалось направленных
изменений водности, и современный период с 1978 г., в течение
которого произошло существенное увеличение стока меженных
месяцев.
Данные расчетов позволили районировать территорию по характеру
современных изменений сезонного и годового стока, а также его
внутригодового распределения.
В результате были выявлены регионы с наиболее значительными
изменениями стока, где многолетние ряды отдельных гидрологических
характеристик уже нельзя рассматривать с позиций стационарности
(бассейн Волги, Дона, Днепра, реки западной части ЕТР).

20. Аномалии зимнего стока (%) на реках России

21. Многолетняя динамика зимнего стока рек запада ЕТР (м3/с)

р.Шел онь- д.Запол ье (январь)
р.В ел икая - д.Пятоново (январь)
150
350
300
120
250
90
200
60
150
100
30
50
0
0
1945
1953
1961
1969
1977
1985
1993
2001
2009
1945
1953
1961
1969
1977
1985
1993
2001
2009
2001
2009
р.Шел онь -д.Запол ье (ф еврал ь)
р.В ел икая - д.Пятоново (ф еврал ь)
350
600
300
500
250
400
200
300
150
100
200
50
100
0
0
1945
1945
1953
1961
1969
1977
1985
1993
2001
2009
1953
1961
1969
1977
1985
1993

22. Многолетняя динамика зимнего стока рек лесостепной зоны ЕТР (м3/с)

р. Б.Кинель-пгт Тимашево (январь)
р.Ока - г.Калуга (январь)
50
500
40
400
30
300
20
200
10
100
0
1880
0
1930 1940
1900
1920
1940
1960
1980
1970 1980 1990
2000 2010
р. Б.Кинел ь-пгт Тимашево (ф еврал ь)
р.Ока - г.Калуга (февраль)
500
50
400
40
300
30
200
20
100
0
1880
1950 1960
2000
10
1900
1920
1940
1960
1980
2000
0
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010

23.

Anomalies of spring runoff

24. WHY?

It was found out that the winter air temperatures rising led to:
• a decrease in soil freezing depth with increase of its draining properties;
an increase of number and duration of winter thaws, during which both
snowmelting and meltwater outflow from the snowpack occur;
ground water recharge and surface runoff formation.
As a result, we see the river runoff during winter period increased and snow
water equivalent before melting period reduced, what created the conditions
for decreasing of spring flood runoff.

25.

Changes in winter air temperature in the Volga river basin during
the1978-2006 period in comparison with the 1946-1977 period.
Monthly distribution of air
temperature anomalies
during the1978-2006
period in comparison with
the 1946-1977 period.

26. Decrease in soil freezing depth in the Volga river basin during 1978 – 2012 relative to 1950-1977

27.

Maximum snow water equivalent dynamics (mm) in the Volga river
basin calculated based on satellite data (Global Monthly EASE-Grid
Snow Water Equivalent Climatology)
140
120
100
80
60
40
20
0
1979
1984
1989
1994
1999
2004
2009

28. Изменение зимнего стока в бассейне Волги

Относительное (%)
Абсолютное (мм)

29. Многолетняя динамика расходов воды р. Великая – д.Пятоново за январь и февраль

350
300
январь
250
м3/с
200
150
100
50
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
600
февраль
500
400
м3/с
0
1930
300
200
100
0
1930
1940
1950
1960
фактический сток
1970
1980
1930-80
1990
2000
2010
1981-2013
29

30. Многолетняя динамика зимнего стока рек лесостепной зоны (м3/с)

500
400
50
Ока-Калуга
(январь)
40
р.Большой Кинель - с.Тимашево
(январь)
300
30
200
20
100
10
0
1880
500
400
1900
1920
1940
1960
1980
2000
0
1930
50
Ока-Калуга
(февраль)
40
300
30
200
20
100
10
0
1880
1900
1920
1940
1960
1980
2000
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
р.Большой Кинель - с.Тимашево
(февраль)
0
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
30
2010

31. Многолетняя динамика водных ресурсов бассейна Волги

350
Волга - Волгоград
км3/год
300
262
250
238
200
Фактический сток
1930-1980 (норма)
1981-2010
150
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
За последние 30 лет только восемь лет характеризовались водными ресурсами несколько ниже
нормы, зато дважды (1990 и 1994) было превышено максимальное значение годового стока
базового периода (1947 г.).
Общее увеличение водных ресурсов Волги за последние три десятилетия относительно нормы
составило в среднем 24 км3/год или 10%.
2010

32. Summary

• The main feature of the modern water regime changes in the most part
of the country is the significant increase in water content during the lowflow periods, especially during the winter months in the past 30 years.
• There are positive trends of increasing of winter and summer-autumn
low-water runoff for the most rivers considered within the major regions
of Russia.
• The observed "synchronization" of the low flow runoff changes
(especially winter runoff) for the large country areas and the scale of
these changes are extraordinary and have no analogues in the XX century.
• The analysis of observational data over the last hundred years allow us
to make the conclusion that such situation happened for the first time
since previously all significant low and high water phases were
determined primarily by the magnitude of spring flood runoff.

33. Possible future changes

There is no reason to expect any significant changes in the water
resources of the main Russian rivers as a result of climate warming in the
coming decades. Over the most part of the country it will probably be an
insignificant increase in annual runoff within its natural variability (within
5%).
Regarding to the possible future changes in seasonal river runoff it is
expected that the identified tendencies based on the observational data
will remain. There will be an increase in winter runoff which will require
adaptation efforts including revision of water reservoirs management
system.

34.

Possible future changes
However, the most problematic regions from perspective of
water availability are the Don basin in the EPR and the upper
part of the Ob basin in the APR.
There is an opportunity of water resources declining in these
basins as a result of climate change which must be taken into
account in advance while water supply planning.

35.

Anomalies of river runoff over the Russian Federation by 2050
Ensemble of 24 models (CMIP-5)
RCP-45
RCP-85
35

36.

Anomalies of river runoff in the Don river basin by 2050
Ensemble of 24 models (CMIP-5)
RCP-45
RCP-85
36

37.

А
Projected changes in annual
average air temperature (A) and
annual precipitation (B) for the
period 2041-2060 relative to
1961-1990 norm.
ΔT, °C
2
3
3.5
4
4.5
5
5.5
Б
RCP-8.5 scenario (18 models
CMIP5, selected based on
comparison with observed
meteorological data).
Δp, mm/year
-50 -25
25
50
100 150
(Анисимов и Кокорев, 2013;
Кокорев и Анисимов 2013;
Anisimov et al., 2013)

38.

Изменения среднемноголетних значений годовых слоев стока (в мм и % ) в
середине (2041-2060 гг.) XXI в. по отношению к базовому периоду (1981-2000 гг.),
полученные по ансамблю из 24 климатических моделей проекта CMIP5 по
сценариям RCP-45 и RCP-85
№ п/п
Река
RCP-45
RCP-85
2041-2060
2041-2060
Изменение в мм Изменение в % Изменение в мм
Изменение в %
1
р. Нева
10 ± 25*
3
19 ± 22
6
2
р. Дон
-8 ± 25
-6
-10 ± 27
-8
3
р. Кубань
2 ± 22
1
-7 ± 21
-4
4
р. Терек
-1 ± 22
-1
-5 ± 35
-3
5
р. Сулак
-1 ± 11
-1
-8 ± 23
-4
6
р. Волга
3 ± 21
2
8 ± 28
4
7
р. Печора
4 ± 20
2
8 ± 28
4
8
р. Мезень
26 ± 38
9
36 ± 41
12
9
р. Северная Двина
18 ± 31
6
30 ± 35
10
10
р. Обь
9 ± 12
5
12 ± 14
8
11
р. Енисей
18 ± 9
9
28 ± 12
13
12
р. Лена
23 ± 13
12
37 ± 12
18
13
р. Амур
23 ± 18
14
19 ± 15
11
* - межмодельное среднеквадратическое отклонение
38

39.

Thank you
for your attention!
Mikhail Georgievsky, Water resources of the Russian rivers
and their changes, Proc. IAHS, 374, 75-77, doi:10.5194/piahs374-75-2016, 2016.

40. Hydroclimatic regions of Russia

40