История изучения стока воды и водного режима рек Арктической зоны России в XX в. и начале XXI в.

Исследование выполнено при финансовой поддержке проекта РФФИ №18-05-60021.

Введение

В соответствии с Указом президента Российской Федерации № 296 от 2 мая 2014 г. Арктическую зону Российской Федерации (АЗРФ) образуют 4 субъекта федерации полностью (Мурманская область, Ненецкий, Ямало-Ненецкий и Чукотский автономные округа) и четыре – частично. Это отдельные районы Архангельской области, республик Коми и Саха (Якутия) и Красноярского края (рис. 1). Новым Указом № 287 от 27.06.2017 г. в АЗРФ были дополнительно включены три района Республики Карелия. В этом составе АЗРФ занимает 4,9 млн км2 материковой и 0,2 км2 островной суши, 4 млн км2 морских акваторий [https://arctica.igps.ru]. Здесь проживает около 2,41 млн чел. ^[162], или 1,64% всего населения страны. АЗРФ отличают разнообразные и одновременно суровые природные условия, труднодоступность большинства территорий. Добываемые в ее пределах полезные ископаемые, их разведанные запасы и прогнозные ресурсы – основа современной и будущей минерально-сырьевой базы нашей страны.

Рисунок 1. Арктическая зона России в современных границах

а – государственная граница РФ, б – граница бассейна Северного Ледовитого океана, в – водосборы российских рек бассейна Северного Ледовитого океана, г – арктическая зона России

Административно-территориальные единицы: 1 – Мурманская область, 2 – Республика Карелия, 3 – Архангельская область, 4 – Ненецкий АО, 5 – Республика Коми, 6 – Ямало-Ненецкий АО, 7 – Красноярский край, 8 – Республика Саха (Якутия), 9 – Чукотский АО

С материковой части Арктической зоны в моря Российской Арктики выносят свой сток 3 крупнейшие реки страны (Обь, Енисей и Лена), 15 больших (интразональных) и ~110 средних (зональных) арктических рек ^[54]. Сток этих рек формируется на территории Кольского п-ова и Карелии, северного склона Восточно-Европейской равнины, Полярного Урала, Западной, Средней и Северо-Восточной Сибири, Восточного Казахстана, Китая и Монголии, Алтая и Саян, Прибайкалья и Забайкалья, северной половины Чукотки (рис. 1). Отдельный район составляют водосборы рек на арктических островах РФ. Общая площадь водосборных бассейнов морей Баренцева, Белого, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского равна 13,286 млн. км2. На долю Российской Федерации приходится 90,8% этой суши.

Научный и общественный интерес к гидрологии рек, впадающих в арктические моря, формировался и рос по мере расширения знаний об арктических территориях и водных объектах, их картирования и описания, появления новых поселений и предприятий, расширения географии, перечня и масштабов разрабатываемых природных ресурсов, развития морских и речных перевозок, строительства портов и пристаней, а также в связи с природоохранной деятельностью, решением военных, оборонных и геополитических задач, в рамках крупных международных научно-исследовательских проектов, таких как Международный полярный год (МПГ: 1892/1893, 1932/1933, 2007/2008 гг.), Международное гидрологическое десятилетие (МГД: 1965–1974 гг.), исследований характера, причин, последствий и прогноза глобальных климатических изменений и др. Важным подспорьем изучения режима арктических рек становилось (на разных этапах) открытие первых гидрологических постов и последующее расширение гидрометеорологической сети, перечня наблюдаемых на постах гидрологических характеристик, создание отдельных ведомств, служб, научно-исследовательских центров и программ, ориентированных на изучение, главным образом, российской Арктики, ее объектов, протекающих здесь геофизических, экологических и социально-экономических процессов, проведение большого числа экспедиционных исследований, новые технологии и приборы, расширявшие возможности изучения, измерений, мониторинга и прогноза гидрологических процессов, раскрытия их механизмов.

В настоящее время поддержанию и расширению научно-исследовательской деятельности помогают решения, принимаемые на федеральном и региональных уровнях. Так, 17 сентября 2008 г. утверждены «Основы государственной политики РФ в Арктике на период до 2020 г.», 21 апреля 2014 г. – государственная программа «Социально-экономического развития АЗРФ на период до 2025 г.». 2 мая 2014 г. издан Указ Президента РФ «О сухопутных территориях АЗРФ»; 26 февраля 2019 г. создано Министерство по развитию Дальнего Востока и Арктики. Планируется принятие новой стратегии развития российской Арктики до 2035 г. Ежегодно проводится международный форум «Арктика – территория диалога». Растет финансирование научных исследований и природоохранной деятельности в российской Арктике, число выделяемых грантов. Огромные средства в изучение и развитие арктической ресурсной базы вкладывают крупные государственные и коммерческие компании.

Сложностей в реализации традиционных и новых задач гидрологических исследований в отношении столь сложного, обширного, труднодоступного, перспективного и по-прежнему мало изученного региона, его водных объектов, региональных и локальных гидрологических процессов довольно много. К их перечню можно отнести, во-первых, неполное представление о ранее проводившихся и выполняемых в настоящее время по соответствующей теме, в отношении разных объектов исследованиях, о результатах этой исследовательской деятельности и методах их получения, о содержащих эти результаты и первичные данные работах, об источниках исходных данных. Подобная ситуация ограничивает корректное формулирование новизны реализованных тем или иным специалистом исследований; в силу привлечения не всех имеющихся данных делает результаты этих исследований неполными, а выводы не всегда объективными; временные тенденции некоторых гидрологических процессов остаются нераскрытыми; ряд исследований и результаты дублируются; между исследовательскими группами отсутствует коллаборация. Причем это отмечается как в отечественных публикациях, так и в зарубежных, но в существенно большей мере, поскольку за рубежом подавляющее большинство русскоязычных работ, посвященных изучению стока и водного режима рек Арктической зоны России, включая крупные монографии и значимые статьи, неизвестны. Во-вторых, по-прежнему нет полного понимания перечня и актуальности существующих направлений гидрологических исследований.

Серьезных и комплексных исследований истории изучения водного стока и режима больших и зональных рек АЗРФ, обзора значимых гидрологических работ и содержащихся в них результатов, выделения основных направлений и этапов исследований, обоснования новых и перспективных авторами статьи не обнаружено. Тогда как потребность в такой работе очевидна и выше обоснована, особенно в помощь молодым исследователям, или как справочный или учебный материал для неспециалистов. Материалы представленной статьи новы и опираются на итоги обзора и детального изучения свыше 370 публикаций (статей в отечественных и зарубежных журналах, монографий, атласов, справочных изданий, докладов на национальных и международных конференциях) с начала XX в. и вплоть до 2019 г., рассмотрения, сравнения и систематизации представленных в них результатов. Большинство этих публикаций приводится в Списке литературы к статье. Выбор авторами региона, арктических рек и темы исследований не случаен, поскольку часть таких работ подготовлена сотрудниками кафедры гидрологии суши и лаборатории русловых процессов МГУ имени М.В.Ломоносова, в том числе с участием авторов данной статьи, которые давно занимаются вопросами гидрологии российской Арктики. Выбор хронологических рамок исследования очевиден и объясняется появлением именно в начале XX в. первых относительно объективных гидрологических данных и серьезных гидрологических работ с оценками стока на основе методик, технологий и схем измерения, расчета и анализа, сопоставимых с современными.

Главные направления гидрологических исследований в российской Арктики и научно-исследовательские центры

Направлений гидрологических исследований по российской Арктике много, часто они тесно переплетаются между собой, одни исследовательские темы становились основной для развития новых. Тем не менее, авторы статьи попытались выделить несколько основных научно-прикладных направлений в изучении именно водного режима арктических рек и по оценке его главных характеристик, в первую очередь, стока воды. Это: 1) оценка составляющих водного баланса бассейнов, величин стока в определенных створах и поступления, в целом, речных вод в арктические устья и моря; 2) факторы и закономерности изменения характеристик стока воды рек по территории и выражение их в форме карт и графоаналитических зависимостей; 3) водный режим рек, его черты и основные типы; 4) разработка методик, карт, номограмм, региональных схем расчета характеристик водного стока и режима рек, в частности для неизученных территорий и объектов; 5) водохозяйственная деятельность и ее воздействие на водный сток и режим рек и, наоборот, ограничения для населения и хозяйственного комплекса со стороны рек и экстремальных состояний их водного режима; 6) статистическая структура, закономерности и причины многолетних колебаний стока и режима рек, сценарные оценки дальнейших изменений; 7) дистанционный мониторинг, физико-математическое моделирование процессов формирования стока на речных водосборов, хронологический прогноз его величин в выбранных створах; 8) водный режим, трансформация водного стока и динамика вод в устьях арктических рек, численное моделирование устьевых процессов. При этом следует разделять изучение гидрологических объектов и процессов непосредственно в арктической зоне и, в целом, на водосборах рек, транзитом протекающих через АЗРФ и впадающих в арктические моря. Во втором случае это в несколько раз бóльшая территория и количество водных объектов (рис. 1). Но без последнего осмысленное изучение стока и водного режима рек АЗРФ, причин и характера их изменений, их расчет и прогноз, многое другое непродуктивно и попросту невозможно!

Основной вклад в реализацию перечисленных направлений внесен российскими специалистами и отечественной гидрологической школой. Но стоит признать, что в последние два–три десятилетия очень интересные и важные результаты получены в том числе зарубежными исследователями, либо международным составом участников, включая российских гидрологов, работающих за рубежом.

Главным центром изучения российской Арктики был и остается Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) в г.Санкт-Петербурге, история которого началась 4 марта 1920 г. Первые советские экспедиции на реки, озера и в морские устья сибирской и островной Арктики, первые достоверные данные, открытие первых полярных гидрологических станций, первые крупные научные труды по арктической гидрографии и гидрологии, включая целую серию тематических трудов ААНИИ (из 25 номеров с 1936 по 1984 гг.) по гидрологии арктических рек и сборников «Проблемы Арктики и Антарктики» (рис. 2), многочисленные работы по устьям рек (опять же в трудах ААНИИ), по применению новых технологий в измерениях, мониторинге, прогнозе и моделировании гидрологических процессов, первый «Атлас Арктики» ^[20] (рис. 5) и многое другое связаны с именами выдающихся ученых и исследователей-полярников, трудившихся в стенах ААНИИ. Крупным центром изучения устьев рек Европейского севера России был и остается Государственный океанографический институт имени Н.Н.Зубова (ГОИН) (рис. 2), который вместе с ААНИИ, Государственным гидрологическим институтом (ГГИ), также участвовавшем в исследованиях гидрологии арктических территорий, Дальневосточным НИ ГМИ, РосНИИВХом являются научно-исследовательскими подразделениями Росгидромета. Региональные подразделения Росгидромета по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, такие как Мурманское, Северное, Обь-Иртышское, Среднесибирское, Диксинское, Якутское, Тиксинское, Колымское, и Чукотское УГМС, и преданные своему делу их сотрудники в рамках базовой гидрометеорологической и научно-исследовательской деятельности подготовили и продолжают формировать уникальную информационную основу для существования большинства выше перечисленных направлений.

Рисунок 2. Периодически издаваемые сборники со статьями по гидрологии рек российской Арктики и арктических устьев

Рисунок 3. Фундаментальные труды по гидрологии рек российской Арктики, либо с большими разделами по их водному режиму и стоку, его использованию

Рисунок 4. Фундаментальные труды по строению и гидрологическому режиму устьев рек арктического побережья России

Рисунок 5. Атласы Арктики, содержащие специализированные гидрологические разделы

Среди академических институтов, активно участвовавших (в прошлом) в исследованиях арктических рек и их водного режима, продолжающих эту деятельность в XXI в., необходимо назвать Институт географии (ИГ РАН), ИГ РАН им. В.Б. Сочавы Сибирского отделения РАН (ИГ СО РАН), Якутский филиал СО РАН с превосходными работами по разным аспектам гидрологии рек Республики Саха (Якутия) в прошлом и сейчас (рис. 3), подразделения УрО РАН, Институт водных проблем (ИВП РАН), Институт океанологии имени П.П.Ширшова (ИО РАН), Карельский научный центр РАН (КНЦ РАН), Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН.

Важную роль в полевых исследованиях Арктики и в их популяризации с самого начала XX в. вот уже более 100 лет играет Русское географическое общество и его региональные подразделения.

Из всех научно-исследовательских центров (НИЦ) в системе высшего (вузовского) образования отдельно следует выделить географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, который, начиная с 1970-х гг. и по настоящее время, организовывал комплексные экспедиционные исследования практически во всех крупных устьях АЗРФ – от Кольского п-ова до Чукотки, на ключевых участках морского побережья; владеет полярной учебно-научной базой в г. Кировске; совместно с другими НИЦ, в частности ИВП РАН, апробирует и внедряет новые технологии изучения, мониторинга, прогноза и численного воспроизведения гидрологических процессов в водных объектах и на водосборах арктических рек; подготовил и опубликовал множество крупных работ. Среди них – уникальный и фундаментальный труд «Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования» под ред. Н.И. Алексеевского ^[54] с новыми подходами по изучению и расчету речного стока, его составляющих, гидрологического режима арктических рек и безопасности природопользования, с огромным массивом новых данных и знаний (рис. 3), первый географический атлас Арктики для школьников и студентов вузов ^[161] (рис. 5), многочисленные монографии и единственный в своем роде атлас по строению и режиму арктических устьев рек под ред. В.Н. Коротаева (рис. 4). Сотрудники факультета участвовали в подготовке нового атласа Арктики ^[162]. В числе других вузовских центров необходимо назвать географический факультет СПбГУ (ныне – Институт наук о Земле), Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), реализующие свои и совместно с ААНИИ направления арктических исследований, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.Ломоносова (САФУ), Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций (в 2012 г. объединен с ГМА имени адмирала С.О.Макарова) и др.

Прежде чем совершить экскурс в историю изучения стока и водного режима рек АЗРФ, авторы данной статьи сразу оговаривают, что, во-первых, в нее невозможно было включить все имеющиеся публикации по обозначенной теме. Они известны, и авторы постарались отобрать наиболее крупные, значимые (переломные), или содержащие обобщение результатов. Во-вторых, в конце некоторых обобщений авторы приводят опубликованные результаты собственных недавних исследований, исходные данные для которых и методики их обработки и анализа приводятся в соответствующих публикациях.

Оценка стока воды и водный баланс бассейнов арктических рек

Этот вопрос, вероятно, был одним из самых первых, заинтересовавших отечественных специалистов и освещенных в гидрологической литературе еще начала XX в. Обращению к нему способствовало, во-первых, появление первых результатов стационарных гидрологических наблюдений, во-вторых, понимание связи гидрометеорологических и экологических условий в Арктике с величиной и режимом стока арктических рек, в-третьих, рост интереса к региону, к его воднотранспортным и природным ресурсам, новым землям, продолжающаяся колонизация и освоение, в-четвертых, необходимость преодоления трудностей, связанных с экстремальным «поведением» водных объектов. Реализация данного направления тесно связана с исследованиями факторов и закономерностей изменения характеристик стока и элементов водного режима по территории, с разработкой методик и прикладных материалов для расчета характеристик стока воды рек для случаев отсутствия данных, с оценками составляющих региональных и глобального гидрологических циклов. И те же создававшиеся и постоянно обновлявшиеся карты характеристик стока, региональные зависимости становились основным инструментом в гидрологических расчетах.

Первой известной авторам работой, содержавшей очень приблизительные значения стока отдельных арктических рек, была статья В. Шостаковича «Температура рек Сибири и количество переносимого ими в Северный Ледовитый океан тепла» ^[193], продолжившего исследования А.М. Полилова ^[143]. Первые, близкие уже к реальным, оценки речного стока появились в 1930-х гг. – в целой серии работ сотрудников ААНИИ и участников многочисленных полярных гидрологических экспедиций (рис. 2) [12-14, 76, 97, 105, 121, 152, 166, 174, 184, 194, 195]. Это стало возможным еще и благодаря тому, что активное изучение и героическое покорение российской Арктики в довоенные годы, запуск и обслуживание Северного морского пути (СМП), разработка первых арктических месторождений полезных ископаемых сопровождалось бурным увеличением числа гидрологических постов и поступающих с них данных. В эти же годы гидрометслужбой СССР и ГГИ были изданы справочники «Материалы по режиму рек СССР» и «Справочник по водным ресурсам СССР», собравшие все имеющиеся по состоянию на конец 1930-х гг. данные стационарного мониторинга, результаты их обработки и осмысления. Масштабная исследовательская и публикационная деятельность ААНИИ с тематически похожими работами продолжалась и в послевоенные годы. Было выпущено 16 сборников со статьями Антонова В.С., Бурдыкиной А.П., Дорониной Н.А, Зотина М.И., Смирновой З.С., Соловьевой З.С. и других ^{[9, 31, 32, 71-73, 81, 173]}, гидрологический очерк по р. Лене и ее устьевой области В.С. Антонова ^[11]. Активная ее фаза была завершена изданием в 1970 г. фундаментального труда «Советская Арктика» (рис. 3) ^[172].

Новой и важной вехой в гидрологических исследованиях, развитии методик обработки и анализа данных гидрологического мониторинга, расчета гидрологических характеристик, графического, табличного, аналитического, текстового представлении всех аккумулированных на тот момент гидрологических материалов (включая сведения по стоку арктических рек) и научно-прикладных результатов их осмысления стала подготовка (на единой методической основе) и издание уникальных, не имевших примеров за рубежом, монографий «Ресурсы поверхностных вод СССР» (РПВ) (рис. 3) и справочников «Основные гидрологические характеристики» (также в системе РПВ). Среди прочей разнообразной гидрографической и гидрологической информации они содержали многолетние и ежегодные оценки характеристик годового, сезонного, максимального и минимального стока воды арктических рек, а также сведения по внутригодовому распределению стока, уровенному режиму рек. Это тома №№ 1–3 и 15–19 1969–1973 г.и. Предварительно, в 1964 г., Г.Н. Чистяковым (ЯФ СО АН СССР) были опубликованы «Водные ресурсы рек Якутии» ^[187], по своему содержанию, разнообразию и полноте данных, по сути, повторяющие (правда на 8 лет раньше) «Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 17. Лено-Индигирский район» ^[158]. Их обновленной версией стала монография Д.Д. Ноговицына «Водные ресурсы Якутской АССР и их использование» ^[136]. В конце 1970-х гг. «Ресурсы поверхностных вод» сменила новая система каталогизации и учета гидрологических данных, водных объектов и водных ресурсов страны под названием «Государственный водный кадастр» (ГВК).

Информация по водному балансу водосборов рек и морей, притоку речных вод в омывающие Россию моря, включая арктические, опубликована в монографиях «Водные ресурсы и водный баланс территории Советского Союза» ^[40], «Советская Арктика» ^[172], «Атлас Арктики» ^[20], «Водные ресурсы СССР и их использование» ^[42]. Согласно ним, суммарный сток в моря Белое и Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское оценивался соответственно 408 км³/год (вместе с островами – 420 км³/год), 1324 (1331), 777, 233 и 28,2 км3/год ^[40]; 478, 1347, 767, 213 и 78 км³/год ^[20]; 431 (439), 1344 (1375), 783, 268 и 24,4 км³/год ^[42]. Завершающей и фундаментальной работой в этом списке стала монография «Водные ресурсы России и их использование» под ред. И.А. Шикломанова (рис. 3) ^[41]. Она содержит последние уточнения притока речных вод в шесть морей российской Арктики (221, 210, 1391, 804, 267 и 29 км³/год), полученные по состоянию на начало XXI в. и никем пока из российский специалистов не пересчитывавшиеся. Хотя этот сток с тех пор явно вырос ^{[213, 231]}.

Среди других публикаций с результатами оценок составляющих водного баланса речных водосборов, величин притока речных вод в арктические моря важное место занимают несколько работ В.В. Иванова с оценками водного баланса, водных ресурсов и среднегодового стока в Арктике ^{[84, 92]}. Именно они учтены при составлении «Атласа мирового водного баланса», прилагаемого к нему комплекта карт среднегодовых значений и внутригодового распределения элементов водного баланса ^{[22, 124]}, «Атласа Арктики» ^[20]. Важно также упомянуть статьи Г.А. Плиткина, Ю.А, Ёлшина, И.А. Шикломанова и А.И. Шикломанова ^{[74, 141, 191]}, зарубежных специалистов ^{[208, 217, 218, 231, 237]}. Правда не все они содержат оценки за полноценные многолетние периоды, т.е. начиная с 1920–1930-х гг. По отдельным арктическим рекам, гидростворам и, в целом, региональному стоку работ и публикаций еще больше, но в той или иной мере сведения из них приняты во внимание при подготовке более крупных и ранее названных работ. Последние и обновленные оценки стока воды отдельных арктических рек даны в ^{[19, 41, 68, 79, 94, 106]}, получены авторами данной статьи ^{[54, 161, 162, 213]}, коллективом авторов интерактивного образовательного интернет-портала «Научно-популярная энциклопедия «Вода России» [https://water-rf.ru], энциклопедии «Реки и озёра мира».

По сути, подобные расчеты – бесконечный процесс, поддерживаемый новыми данными и постоянно продлеваемыми рядами наблюдений, открытием новых связей между стоком рек, многолетними колебаниями его величины и гидрологическими процессами в Северном Ледовитом океане и его морях, наиболее подверженных воздействию со стороны речного стока с учетом соотношения площадей их акватории и водосборного бассейна, объема стока втекающих рек и самого океана (морей) ^{[20, 84, 191, 208, 226, 227]}), крупномасштабными процессами в Северной Атлантике ^{[196, 216]}, изменениями климата Арктики и, возможно, северного полушария ^{[225, 226]}, климатически обусловленными и антропогенными процессами на водосборах (см. ниже), т.п. Этим оценкам и вычислениям препятствуют отсутствие у разных специалистов единообразия расчетных периодов, подходов в анализе данных, критического взгляда на их качество (особенно в постсоветский период функционирования государственной гидрологической сети наблюдений), возможность получать достоверные оценки стока непосредственно для створов втекания речных вод в моря, закрытие ряда важных стоковых постов, и т.п. В будущем они могут быть частично сняты, откроются новые исследовательские горизонты благодаря современным технологиям по оценке стока отдельных рек и суммарного притока речных вод в арктические моря, водного баланса речных бассейнов. В частности, речь идет об использовании (с середины 2000-х гг.) данных спутниковой гравиметрии (GRACE) и реанализа ^{[206, 209, 236, 238, 242]}. Соответствие полученных таким образом данных и данных наземного мониторинга есть, в первую очередь для средних месячных и годовых величин. Мало того, данные GRACE и реанализа позволяют выявлять сетевые данные, требующие дополнительной проверки на достоверность. Таких работ с каждым годом все больше и больше. Невозможно их все перечислить. В России это перспективное направление разрабатывают совместно кафедра гидрологии суши и ГАИШ МГУ, ИВП РАН ^[82].

Изучение и картирование закономерностей изменений стока воды рек по территории Арктической зоны России

Их конечная задача – получение надежного, относительно простого и физически понятного инструментария для определения разнообразных параметров стока воды рек, неохваченных сетевыми наблюдениями. А это подавляющее большинство территорий и водотоков в нашей стране, тем более в АЗРФ. В их основе теоретические принципы географо-гидрологического метода, или даже концепции изучения стока, относящейся к генетическим методам анализа. Метод был предложен и сформулирован В.Г. Глушковым в 1931–1933 гг. и раскрывает причинно-следственную связь характеристик гидрологического режима с комплексом формирующих его физико-географических факторов. Реализуется метод в виде некоторых соотношений, связывающих особенности формирования стока и его режима с географическим положением бассейна, физико-географическими условиями территории – чаще всего в виде карт (районов, изолиний), эмпирических зависимостей, табличных схем.

Пространственные обобщения в виде карт появились еще в 1927 г. Это была «Карта изолиний модулей годового стока для Европейской части СССР» Д.И. Кочерина ^[101]. Позднее были карты стока рек СССР Б.Д. Зайкова ^{[77, 78]}, К.П. Воскресенского ^{[40, 47]} и др., отдельных элементов водного режима, таких как сроки и слой стока весеннего половодья, наименьших среднегодовых модулей стока, средних модулей летнего, осеннего и зимнего стока – карты Н.Д. Антонова, В.А. Урываева, А.Г. Федорова и др. Карты охватывали, среди прочих, реки и территорию российской Арктики, иллюстрируя снижение речного стока в северном и особенно в восточном направлениях, его рост в горных районах. Они были весьма приближенными, особенно для сибирского и дальневосточного секторов АЗРФ. Поэтому для территории Якутской АССР и Северо-Востока АТР в 1950–1960-х гг. в ЯФ СО АН СССР составили свои карты ^{[108, 187]}.

Серьезный прогресс в раскрытии закономерностей изменения характеристик стока воды рек по территории российской Арктики (и соседних районов), в зависимости от местоположения, природной зоны, рельефа, строения и размеров водосборов, климатических факторов, в уточнении соответствующих картографических, графических и аналитических обобщений связан с подготовкой и изданием монографий «Ресурсы поверхностных вод СССР» ^[154-159]. Созданные для них новые карты модулей годового стока, других числовых характеристик, районные обобщения, расчетные зависимости и схемы подготовили основу для актуализации расчетных материалов к «Указаниям по определению расчетных гидрологических характеристик» 1972 года издания (СН 435-72). Через 2 года был опубликован уникальный «Атлас мирового водного баланса» с комплектом разных карт ^{[22, 124]}, в частности «Среднего годового стока (в мм)» и «Коэффициента стока». Они же вошли, по сути, без каких-либо уточнений и обновлений в состав первого в своем роде «Атласа Арктики» (рис. 5) ^[20]. Это уже был совершенно иной (с большей детализацией, важными уточнениями, бóльшим разнообразием материалов) уровень познания и визуализации закономерностей и факторов пространственной изменчивости стока рек, особенно в мало исследованных до этого районах страны, таких как АЗРФ и соседние территории.

В 1983–1984 гг. СН 435-72 был заменен на СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик» и изданный в 1986 г. «Атлас расчетных гидрологических карт и номограмм» ^[24]. С тех пор, входящие в этот атлас карты и номограммы на территорию АЗРФ и соседние районы, официально не обновлялись и не переиздавались. Поскольку они были разработаны по данным до 1980-х гг., т.е. до начала крупномасштабных гидроклиматических изменений, не учитывали данные открывшихся в 1980-х гг. постов, возможность их применения для объяснения современных особенностей и причин пространственного распределения речного стока, расчета его характеристик и др. сомнительна. Данная проблема нашла свое отражение в новом СП 33-101-2003 «Определение основных расчетных гидрологических характеристик» и последующих методических указаниях к нему.

На неофициальном уровне, в рамках диссертационных работ, по научным и издательским грантам, было подготовлено несколько обновленных карт характеристик стока и их связей со стокоформирующими факторами – для севера европейской части России ^{[80, 137]}, Полярного Урала ^[95]; для уникального атласа «Российская Арктика. Пространство, время, ресурсы» ^[162] – единственная в своем роде карта модуля годового стока воды рек АЗРФ (рис. 5, 6). В атласах Якутии ^[153], Ямало-Ненецкого АО ^[25], Национальном атласе Арктики ^[133] (рис. 5) приводятся свои варианты карт модуля и слоя годового стока воды. Но информационная основа для них не раскрыта и точность карт неизвестна. В 1996 г. был издан «Атлас водного баланса Северной полярной области» с картой климатического стока ^[21]. Эта пока несвязанная между собой деятельность, возможно, когда-нибудь приведет к обновлению входящих в ^[24] карт и номограмм. Необходимость этого давно назрела, особенно с учетом серьезного сокращения числа стоковых постов и расширяющейся в регионе хозяйственной деятельности.

Рисунок 6. Авторский вариант карты водного режима и модуля годового стока воды рек Арктической зоны России для атласа «Российская Арктика. Пространство, время, ресурсы» ^[162]. Авторы – Евстигнеев В.М., Фролова Н.Л., Магрицкий Д.В., Мироненко А.А. и Чурюлин Е.В.

Одновременно со стандартными расчетными схемами разрабатывались новые, например метод структурной (индикационной) гидрологии с возможностью оценки стока в зависимости от порядка водотока в бассейновой речной системе. Результаты его применения (Н.И.Алексеевским, А.Г.Косицким и Д.Н.Айбулатовым) в отношении крупных арктических рек, в том числе в форме соответствующей карты, опубликованы в трудах ^{[54, 162, 207]}.

Изучение, описание и классификация водного режима арктических рек

Изучение водного режима российских арктических рек, главным образом закономерностей хронологического хода расходов и уровней воды в течение года, диапазона их величин, интенсивности нарастания/снижения характеристик и др., скорее всего, началось одновременно с первыми попытками оценить величину речного стока. Оно развивалось постепенно, хотя у местного населения, участников полярной научно-исследовательской деятельности, торговых экспедиций на бытовом уровне, безусловно, с давних пор имелось свое и порой объективное представление о характере внутригодовых колебаний водности рек. Количественно и графически описать эти закономерности удалось с появлением первых данных непрерывных уровенных и стоковых наблюдений на постах – в конце XIX в. – начале XX в. на реках европейского сектора российской Арктики (здесь первые посты были открыты на рубеже 1870–1880-х гг.) и в 1920–1940-х гг. на реках сибирского и дальневосточного секторов. Это были отрывочные выводы по отдельным рекам и гидрологическим постам [12-14, 76, 97, 105, 121, 152, 174, 194, 195], которые во второй половине XX в. последовательно уточнялись.

Качественного прорыва в изучении и схематизации водного режима арктических рек, установлении географических границ распространения типов, в районировании территории страны удалось достичь благодаря новым классификациям водного режима рек СССР ^{[77, 103]}, а также рассмотрению внутригодового распределения стока с позиций потребностей активно развивающегося водохозяйственного комплекса страны, разработки и внедрению соответствующих методик расчета, в частности методов компоновки, реального года или среднего распределения (СП-33-101-2003). Последнее направление было впервые широкомасштабно реализовано в монографиях «Ресурсы поверхностных вод СССР» ^[154-159]. Со временем в разных (по задачам, географии, охвату рек, времени издания) работах, с учетом новых данных, многие из этих расчетных распределений пересматривались. Последние результаты такой деятельности, причем всероссийской, приводятся в недавно утвержденных «Схемах комплексного использования и охраны водных объектов» (СКИОВО), размещенных на сайтах Бассейновых водных управлений ФАВР МПР РФ [http://www.amurbvu.ru, http://skiovo.enbvu.ru, http://nobwu.ru, http://www.dpbvu.ru].

Широко применяемая в нашей стране классификация рек Б.Д Зайкова, была превосходно реализована в монографии Л.К. Давыдова «Гидрография СССР» ^[61]. Согласно ей, почти все реки АЗРФ имеют, во-первых, весеннее половодье (условно весеннее, с учетом поздних сроков его начала и окончания – в июне, июле и даже в августе), обусловленное, прежде всего, таянием снежного покрова на их водосборе, во-вторых, восточноевропейский, западносибирский либо восточносибирский типы водного режима. На Северо-Востоке АТР встречаются реки с дальневосточным и тянь-шанским типами, с половодьем в теплую часть года, формируемым, в том числе, талыми водами наледей, ледников и высокогорных снежников, подземных ледовых комплексов, со значимым вкладом летне-осенних дождей. Классификация П.С. Кузина более комплексная ^[103]. Она учитывает принадлежность водосбора реки к той или иной географической зоне или высотному поясу, характер доминирующего рельефа, делит реки, в зависимости от преобладающего типа питания и главных фаз водного режима, на: 1) с половодьем, 2) половодьем и паводками, 3) паводками. С учетом последнего зональные арктические реки, в основной своей массе, отнесены к рекам с весенним половодьем и паводками в теплое время года, с преобладающим снеговым и дождевым питанием. Реки Карелии – с весенне-летним половодьем и паводками в теплое время года, причем, как и у рек Северо-Востока АТР, в отдельные годы превышающими половодье.

Новым и также продуманным шагом в познании водного режима рек страны, включая арктические территории, и пространственного распределения его типов стала подготовленная в 1990-х гг. под рук. проф. В.М. Евстигнеева и изданная в 2001 г. карта «Водного режима рек России и сопредельных территорий» (рис. 6), а также последующие дополнения к ней, детализирующие степень неравномерности внутригодового распределения стока ^[183]. Карта В.М. Евстигнеева (и др.) выбрана основой для типов водного режима рек в Национальном атласе России ^[134]. Морфогенетический и комплексный подход, примененный при ее составлении, учитывает источники питания рек и их соотношение, виды многоводных фаз, их календарные особенности, характер маловодных периодов года, продолжительность зимней и летней межени, пересыхание и перемерзание рек, индивидуальность водного режима больших рек, отражающую транзитность их стока и трансформирующую способность крупных речных систем в зависимости от направления течения, числа и характера охватываемых ими географических зон. То есть он предлагает больше разновидностей водного режима. Согласно карте, бóльшая часть арктических рек к западу от р. Лены получают питание преимущественно талыми снеговыми водами, имеют весеннее половодье, устойчивую зимнюю межень (с перемерзанием ряда рек в сибирском секторе АЗРФ), три варианта межени (по степени устойчивости) летне-осеннего периода. На Северо-Востоке АТР реки с мощными дождевыми паводками теплого периода, устойчивой зимней меженью и перемерзанием; в горных районах Чукотки и Полярного Урала – с весенне-летним половодьем, опять же устойчивой зимней меженью и прерывистой меженью лета–осени.

Новые появляющиеся публикации со схематизацией водного режима арктических рек пока не предлагают ничего принципиально и методически нового, не позволяют серьезно пересмотреть полученные выдающимися предшественниками результаты, но инициируют постоянное уточнение отдельных характеристик водного режима с учетом удлинения рядов стоковых наблюдений и гидроклиматических изменений, например по срокам наступления и окончания основных фаз водного режима (см. ниже). В «Национальном атласе Арктики» ^[133] реки дополнительно детализируются с учетом доли в годовом стоке того или иного сезона.

В списке работ, описывающих годовой цикл стока арктических рек, особенности отдельных гидрологических сезонов, приводящих новые и уточняющих прежние оценки характеристик элементов водного режима, важное место занимают работы Г.А. Плиткина ^{[140, 142]}, монографии А.М. Владимирова, С.К. Аржаковой ^{[18, 35]} и др. Отдельный блок образуют работы, посвященные изучению уровенного режима судоходных арктических рек, как части водного режима ^{[31, 71, 72, 179-180, 186]}.

Важным и актуальным направлением изучения сезонного стока арктических рек является установление причин и оценка роли его многолетних изменений в наблюдаемом росте притока речных вод в Северный Ледовитый океан.

Изучение климатических многолетних изменений стока воды и водного режима арктических рек

Эти исследования важны при определении нормы стока и репрезентативного расчетного периода, для подтверждения основных статистических гипотез, обосновывающих возможность применения модели случайных величин в нормативных гидрологических расчетах, разработки аппарата прогнозов изменений речного стока в будущем, минимизации негативных гидрологических последствий (для населения и хозяйственного комплекса) вследствие трансформации климатических условий и ландшафтного строения водосборов, объяснения гидрологических процессов в морской части Арктики, и многого другого. Но они требуют сравнительно продолжительных многолетних рядов стоковых наблюдений и хорошего знания природных механизмов формирования и переноса водного стока на водосборах. Поэтому первые серьезные результаты по арктическим рекам появились лишь во второй половине XX в. ^{[9, 43, 48, 89, 150, 171]}. К этому времени, на основе данных по другим рекам страны и мира, был разработан надежный методический аппарат изучения, статистического расчленения и анализа многолетних колебаний, прежде всего, годового стока. Он включил в себя статистический анализ случайной компоненты многолетних колебаний, выделение и оценка трендов, периодов повышенной и пониженной водности и, в целом, циклов и скрытой периодичности, анализ на синхронность, независимость, синфазность и асинфазность колебаний стока, выделение гидрологических районов и др. Многое из этого было использовано в районировании территории страны (и ее арктической зоны) по однотипности и связности многолетних колебаний годового и сезонного стока ^{[29, 104, 154-159]}. В 2017–2019 гг. эта работа для северных районов Якутии, Магаданской области и Чукотского АО была авторами статьи возобновлена, выполнено новое районирование [https://istina.msu.ru/diplomas/60584757/].

Со временем внимание научного сообщества к данному вопросу постоянно возрастало, особенно с 1990х – начала 2000х гг.; появилось много работ, в том числе зарубежных авторов. Причины – невероятный масштаб гидрометеорологических изменений в Арктике ^{[49, 54]}, особенно стока воды рек, и их связь с потеплением климата и изменениями условий увлажнения на водосборах рек; вероятное нарушение стационарности многолетних колебаний стока; новые возможности удлинения рядов стока; необходимость разработки и настройки аппарата сверхдолгосрочных гидроклиматических прогнозов и др. Кроме того, появился открытый доступ к некоторым гидрологическим данным, размещенным на интернет-ресурсах, таких как R-ArcticNet [http://www.r-arcticnet.sr.unh.edu], ArcticRIMS [http://rims.unh.edu/data.shtml] и АИС ГМВО [https://gmvo.skniivh.ru].

В итоге, во-первых, больше сведений было собрано о границах и продолжительности многолетних периодов с повышенной и пониженной водностью, присущей многолетним колебаниям стока арктических рек цикличности и скрытой периодичности, синфазности и асинфазности ^{[52, 81, 113-117, 168]}. Благодаря привлечению результатов гидроклиматического моделирования ^[244], дендрохронологических реконструкций ^{[2, 214]}, микропалеонтологических исследований ^{[149, 234]} были дополнительно выявлены внутривековые и многовековые циклы в колебаниях стока. Например, для р. Лены они оказались близки к ~80 годам (от 60 до 100 лет) и 1,5–2 тыс. лет.

Во-вторых, количественно оценены современные изменения годового и сезонного стока, в сравнении с периодом до начала глобального потепления климата, величины и значимость трендов для всего или лишь современного периода наблюдений ^{[41, 52-54, 114-117, 162, 164, 165, 190, 191, 199, 209, 213, 215, 223, 224, 226, 232, 233,240, 241, 243]}. Правда, сравниваемые периоды у разных авторов, как правило, различаются и, как итог, результаты не всегда сопоставимы. Тем не менее, подавляющее большинство специалистов отмечают заметный рост стока арктических рек. В недавних отечественных работах ^{[114, 213]} указывается, что поступление речных вод в устья арктических рек РФ увеличилось – в среднем на 5,8% (в сравнении с 1936–1975 гг.), находясь в диапазоне от 0,5 до 20% и больше. Максимальные значения оно имеет в европейском секторе АЗРФ и в Якутии. В устьях рек Обского Севера, на водосборе Чукотского моря сток речных вод, вероятнее всего, стабилен или даже немного сократился. У рек Европейского Севера, включая Кольский п-ов и Карелию, и рек Якутии рост годового стока обеспечен повышением водности практически во все гидрологические сезоны. Исключение составили р. Мезень, р.Колыма, некоторые правобережные притоки Северной Двины. В низовьях Оби и Енисея, зарегулированных водохранилищами, уменьшение стока имеют половодье и летне-осенний сезон, в низовьях Колымы – лишь половодье. Почти у всех арктических рек динамика зимнего стока положительная. Заметное повышение водности зимней межени имеет место быть у рек Кольского п-ова и Карелии, Онеги, Северной Двины, Печоры, Оби, Анабара и Оленека, но особенно – у рек Енисей, Лена и Колыма, как следствие сезонного регулирования стока этих рек и их крупных притоков водохранилищами.

В-третьих, выполнена статистическая проверка многолетних рядов, в том числе на предмет нарушения основных статистических гипотез ^{[41, 54, 68, 96, 169, 188]}. Она показала, что циклические и направленные изменения годового стока основных арктических рек пока не привели к статистически значимым (при 5%-ном уровне значимости и для периодов до и после 1975 г.) нарушениям стационарности рядов. Лишь у рек Онега и Северная Двина обнаружены нарушения по дисперсии, у р. Енисей – по среднему, в чем не последнюю роль сыграло сооружение и наполнение в 1950–1970-х гг. каскада Ангаро-Енисейских и других водохранилищ. В отношении местных водных ресурсов и с переломным 1985 г. однородность по дисперсии нарушена в Мурманской области, по среднему – в Мурманской области, Республике Карелия, Ненецком АО, Республике Коми, Тюменской области и Республике Саха (Якутия).

В-четвертых, выдвинуты и проверяются разные гипотезы фиксируемых масштабных изменений стока и водного режима арктических рек, как функции изменений температурных условий, режима и величины осадков, испарения на водосборах арктических рек, изменений циклонической активности в регионе и путей атмосферного переноса влаги в северном полушарии, снижения ледовитости Северного Ледовитого океана и числа дней с морским ледяным покровом, деградации подземного ледового комплекса и под влиянием участившихся лесных пожаров ^{[27, 51, 52, 62, 66, 165, 168, 197, 202-204, 218, 226-228, 230, 239, 245, 246]}. Сложная и актуальная задача – интегральная оценка воздействия всех этих и других факторов и процессов на сток и водный режим арктических рек, особенно с водосборами, в значительной мере занятыми ММП.

В-пятых, предложены и совершенствуются аналитические схемы, связывающие многолетние колебания стока арктических рек и, в целом, притока речных вод в моря российской Арктики с осадками, температурой воздуха, разными индексами атмосферной циркуляции ^{[2, 51, 54, 102, 168, 226]}.

Сценарные оценки будущих изменений стока воды арктических рек и моделирование формирования и транзита стока на речных водосборах

Глобальное потепление и его региональные гидрологические последствия, особенно ощутимые в Арктике, определили появление на рубеже 1980–1990-х гг. совершенно нового и технологичного направления в изучении стока арктических рек и его долгопериодной изменчивости. В настоящее время это приоритетное направление имеет целью спрогнозировать на отдаленную перспективу величину и характер изменений стока воды и элементов водного режима рек. Последние два–три десятилетия заметен впечатляющий прогресс в развитии этой темы и огромный интерес к ней как со стороны научного сообщества, так и со стороны государственных, коммерческих, природоохранных структур и организаций, с каждым годом сталкивающихся с нарастанием различных последствий глобальных и региональных гидроклиматических изменений. Исследования активно проводят как отечественные, так и зарубежные специалисты, огромные институты. Их очень много, как и публикаций. И сложно обозначить, чьи результаты и применяемый прогнозный аппарат эффективнее и надежнее.

Вероятно, одним из первых в отношении стока арктических рек был поливариантный (для сценариев увеличения глобальной температуры воздуха на 0,5, 1,2 и 2^оС) прогноз Г.А. Плиткина ^{[43, 140]}, полученный путем пересчета палеоклиматических данных ^[16] в системе водно-балансовых уравнений и соотношений в местный сток рек. Он впервые показал, что с потеплением сток на большей части арктического водосбора будет расти.

Метод палеоаналогов не имел широкого распространения и главным источникам знаний об ожидаемых изменениях полей региональных климатических характеристик стали трехмерные глобальные физико-математические модели общей циркуляции системы «атмосфера – океан – морской лед» (МОЦАО), разрабатываемые в США, Канаде, Западной Европе, Японии, Австралии и, конечно, в России (климатическая модель ИФА РАН). Первое известное применение МОЦАО и простой водно-балансовой гидрологической модели для прогнозирования изменений стока северных рек датируется 1992 г. и связано с американскими учеными J. Miller и G. Russel ^[220]. Также в 1990-х и 2000-х гг. появляются прогнозы Nigel W. Arnell ^{[200, 201]}, S. Manabe и R. Wetherald ^[120], P.C.D.Milly и др. ^[221], D. Nohara и др. ^[222] и другие.

В 1990-х гг. вопросами разработки российских гидрологических моделей и применения их в прогнозах стока (на основе данных МОЦАО) занимались в ААНИИ и ГГИ ^{[53, 190]}. Главное обобщение результатов этой деятельности с соответствующими картами было представлено в ^[41]. В институте физики атмосферы (ИФА РАН) решением подобных задач занимаются И.И. Мохов и В.Ч. Хон ^{[130, 185]}, в Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова – В.П.Мелешко, В.М.Катцов и др. ^[123]. В ИГ РАН при прогнозе изменений стока р. Лены была использована собственная модель месячного водного баланса ^[52]. В МГУ под руководством В.М. Евстигнеева было проведено исследование по оценке климатических изменений стока на основе эмпирических зависимостей между пространственным распределением стока и его основных климатических факторов ^{[54, 75]}. В работе С.Г. Добровольского ^[69] не только приведены варианты изменения стока (рр. Северной Двины, Печоры, Оби, Енисея, Лены и Колымы) в XXI в., но и детальный анализ достоверности полученных результатов. Именно это в вопросах сверхдолгосрочных прогнозов выходит на первый план и заставляет применять не одну, а много МОЦАО, несколько эмиссионных сценариев, обосновывать среднюю линию и доверительные интервалы ожидаемого изменения математического ожидания характеристики стока.

Новые прогнозы продолжают выпускаться, прежние оценки постоянно уточняются. Их не всегда корректно сравнивать, поскольку они получены с применением разных МОЦАО и их модификаций (в последнее время используют сразу много МОЦАО), разных эмиссионных сценариев (постоянно обновляемых) и гидрологических моделей, опорных периодов. В целом, несмотря на большой разброс значений, они показывают заметное увеличение стока арктических рек (в той или иной мере) и притока речных вод в арктические моря России. Исключение может составить р. Обь, у которой значительная часть бассейна расположена в южных широтах. Причем рост может быть и несколько процентов, и 20%, и 30% и даже больше. Но пока растущий тренд подтверждается.

В последние годы к решению задач предвычисления будущего стока, причем не только годового, но и элементов годового цикла, успешно привлекают физико-математические модели формирования стока на водосборе и движения его в русловой сети, появившиеся в 1990-е гг. Самые известные в нашей стране – это ECOMAG (автор Ю.Г. Мотовилов) и SWAP (авторы Е.М. Гусев и О.Н. Насонова). Они позволяют, во-первых, моделировать (и даже оперативно прогнозировать) гидрограф стока в заданном створе, во-вторых, использовать их также в задачах сверхдолгосрочного прогноза на базе сценариев изменения климата, результатов пересчета их в МОЦАО, а также для оценок последствий ввода в строй гидротехнических объектов. Применение ECOMAG для АЗРФ началось с рек Европейского Севера, лучше всего обеспеченных гидрометеорологическими данными. Оно было вполне успешным ^[17]. Следующим объектом исследования стала р. Лена ^[129]. Модель SWAP была опробована на целой серии арктических рек и также показала хорошие результаты ^[57-60].

Зарубежных аналогов ECOMAG и SWAP довольно много, и они с разным успехом применялись при расчете формирования стока основных арктических рек РФ – Chameleon Surface Model (CHASM), Noah, Community Land Model (CLM), Variable Infiltration Capacity Model (VIC), European Centrefor Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) ^{[198, 229]}. Их снабжают климатическими данными не только от МОЦАО и метеостанций, но и реанализа ^[228].

Изучение влияния водохозяйственной деятельности

Рассмотрение влияния хозяйственной деятельности на сток и водный режим арктических рек было инициировано в 1960–1970-х гг. необходимостью, во-первых, оценки возможных природных и экономических рисков создания гигантских водохранилищ, таких как Нижнеленское, Туруханское, Среднеенисейское, Осиновское и Игарское ^{[8, 11, 36, 122, 192]}. Установлено, что они привели бы к очень серьезным негативным последствиям для ледовых условий (как на реках, так и в южной части морей, через которые проходит СМП), для берегов, речного и морского судоходства, рыбного хозяйства и водных экосистем в целом, для местного климата. Во-вторых, в связи с проектами масштабной переброски стока североевропейских рек и Оби в бассейны Каспийского и Аральского морей ^{[118, 150]}. Побочными результатами этих исследований становились уточненные и новые оценки по стоку и элементам гидрологического режима рассматриваемых рек и их устьев.

По мере накопления наблюдений за воздействием гидротехнических сооружений (ГТС), прежде всего водохранилищ, на сток рек в 1970–1980-х гг. появляются работы соответствующего содержания ^{[1, 33, 150, 160]}. Это направление (по влиянию ГЭС на реки) продолжил В.Г. Вуглинский и его ученики ^{[50, 151]}, впервые достоверно рассчитавший разовые и ежегодные потери стока сибирских рек при создании и эксплуатации больших водохранилищ страны. Кроме того, о разных аспектах влияния ГЭС (уже построенных и проектировавшихся) на некоторые арктические реки, в частности реки Карелии, нижнюю (арктическую) Обь и ее притоки, нижний Енисей, нижние Лену, Яну и Колыму, их устьевые области и моря можно прочитать в ^{[15, 36, 41, 43, 54, 93, 112, 113, 115, 119, 128, 190, 198, 213, 235, 240, 241]}. Публикаций довольно много. Причем в современных работах упор делается на вычленение этого влияния (посредством моделирования и применения простых эмпирических зависимостей) естественных условий стокоформирования, построения естественных гидрографов для зарегулированного периода. Большинство специалистов солидарны в оценках: воздействие водохранилищ на сток зарегулированных арктических рек, включая большие и крупнейшие, велико и может превосходить по своей величине влияние климатических факторов.

С налаживанием системы государственного учета водопотребления, открытием служебного доступа к данным формы №2-ТП (водхоз) ^[44], экстенсивного характера развития водохозяйственного комплекса, ростом проблем пространственно-временного дефицита водных ресурсов появилась потребность в оценках хозяйственного изъятия и связанного с этим уменьшения речного стока. Это направление возглавил ГГИ ^{[42, 189]}, но сведений, посвященных именно арктическим рекам и АЗРФ, было не так много, поскольку объемы изъятий и стока арктических рек были несопоставимы, и приоритет был, конечно, за южными реками. Тем не менее, по отдельным районам водосборов арктических морей (с экстенсивной хозяйственной деятельностью и водно-ресурсными ограничениями) соответствующие исследования были проведены, и с их результатами можно ознакомиться в ^{[93, 136, 160, 187]}.

В 2008 г. ГГИ издает фундаментальный труд «Водные ресурсы России и их использование» ^[41], в котором на уровне федеральных округов, областей и республик для ряда крупных речных бассейнов приводятся расширенные и актуализированные сведения по величине, отраслевой структуре, многолетней динамике объемов водопотребления, прогноз их будущих изменений. Но к этому времени число открытых источников данных по водопользованию (за отдельные годы и многолетний период) выросло. Издаются сборник «Водный кадастр РФ. Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество» ^[44], по сути, его аналог «Воды России. Состояние, использование охрана» ^[45], сборник «Водные ресурсы и водное хозяйство России. Статистический сборник» ^[39], федеральные и региональные «Доклады о состоянии и об охране окружающей среды». Часть данных размещается на национальных интернет платформах [http://hydrology.ru/ru/izdaniya_ggi_New; https://gmvo.skniivh.ru]. Благодаря им и собственным данным исследователей, подъему интереса к этой теме на волне охраны и рационального использования водных ресурсов, справедливого разделения стока трансграничных рек (таких как Иртыш, Селенга), появляется много работ, охватывающих существенно больший спектр вопросов, рек и территорий ^{[15, 19, 37, 52, 54, 112, 213]}.

Следующий важный шаг – обновленные к 2015 г. СКИОВО. Уникальность этих данных – в существенно большем перечне рек, по которым приводится информация по заборам и сбросам вод, открытие сведений по конкретным водопотребителям, прогнозные оценки.

Все эти и другие данные помогли авторам статьи подготовить единственную в своем роде карту «Использования водных и водно-энергетических ресурсов рек АЗРФ», вошедшую в состав совершенно нового атласа «Российская Арктика. Пространство, время, ресурсы» ^[162], впервые рассчитать объемы водопотребления на водосборах арктических рек и в пределах АЗРФ, изучить их многолетнюю динамику и влияние на сток рек. Согласно недавно завершенным исследованиям, на водосборах арктических морей в 2006–2017 гг. изымалось в среднем 21,28 км³/год, а в АЗРФ – 2,58 км3/год (28,8 и 3,5% общероссийской величины соответственно). Наибольший вклад вносит водохозяйственный комплекс в бассейне Оби (14,7 км³/год), Енисея (2,77) и Северной Двины (0,64), рек Мурманской обл. (1,72 км³/год). Объемы сброса использованных вод на водосборах морей российской Арктики сопоставимы с объемами водозабора – 15,2 км³/год. Еще меньше разница между ними в пределах АЗРФ. Статистически значимого влияния водопотребления на водные ресурсы арктических рек нет и не прогнозируется. Современное водопотребление характеризуется, по сути, его отсутствием на многих территориях; существенно меньшими величинами (на 30–50%) в сравнении с показателями 1980-х гг. и его увеличением в районах развития нефтегазовой добычи.

Исследования трансформации стока, водного режима и динамики вод в устьях арктических рек

Изучение гидрологии и гидрографии устьев арктических рек шло рука об руку с открытием новых земель, торговых и судоходных путей на севере Российского государства и в Сибири, появлением здесь постоянных поселений и торговых факторий. В начале XX в. основные усилия исследователей были направлены на составление достоверных карт, измерение глубин в реках, дельтовых водотоках и на устьевом взморье, на эпизодические гидрометрические наблюдения. В 1920–1930-х гг. при обустройстве Северного морского пути и налаживании северного завоза главной задачей становится научно-оперативное обеспечение безопасной и бесперебойной навигации на основе достоверных знаний о стоковых, сгонно-нагонных и приливных колебаниях уровней, ледовом режиме, характере распределения глубин в речных руслах и на устьевых барах. В устьях рек проводится много экспедиционных исследований (практически в рамках тех же, что и при изучении гидрологии арктических рек - см. выше), открываются гидрологические посты и полярные станции; составляются лоцманские карты и атласы, разрабатываются схемы предвычисления изменений уровней, ледовых явлений в зависимости от метеоусловий и обстановки на водосборе реки, астрономических факторов.

В послевоенный (советский) период размах исследований не уменьшается, но все больше внимания уделяется более глубокому изучению устьевых процессов, строению и режиму устьевых областей, их изменениям под влиянием внешних и внутренних факторов. Этому способствует: 1) существенное увеличение объема гидрологических данных по устьям рек страны (прежде всего южных морей и Балтийского моря) и мира, 2) развитие (в ГОИНе, МГУ и ААНИИ) теоретических основ молодой гидрологической дисциплины – Гидрологии устьев рек, 2) разработка классификаций устьев рек, 3) выход в свет первой в своем роде монографии «Устья рек» И.В.Самойлова ^[167], с большим теоретическим и региональными разделами по устьям рр. Северной Двины, Мезени, Печоры, Оби, Енисея, Лены, Яны, Индигирки и Колымы; 4) подготовка и издание ГОИНом уникальной серии фундаментальных работ по главным устьям страны (рис. 4). Для АЗРФ это «Гидрология устьевой области Северной Двины» под ред. М.И. Зотина и В.Н. Михайлова ^[55]. Важные вопросы гидрологии устьев сибирских рек, в том числе под нужды судоходства, раскрываются также в других работах тех лет ^{[11, 85, 131, 132, 173, 179, 180]}.

С 1970-х гг. формируется интерес к: 1) установлению (по натурным данным и на основе методов гидравлических расчетов, математического и аэродинамического моделирования) распределения расходов и уровней воды по рукавам дельт ^{[3, 86-88, 98, 100, 144, 145]} в зависимости от характерных расходов воды в реке, уровня моря и с выходом на русловые переформирования, 2) изучению гидрологического и руслового режима ^{[28, 98, 111]}, 3) характеру их изменений под влиянием реализованных или планируемых водохозяйственных мероприятий ^{[10, 109, 118, 119, 144, 150]}. Результаты математического моделирования были опробованы на дельтах Пура, Таза, Енисея и Колымы. По-прежнему продолжались режимные и экспедиционные гидрологические наблюдения в устьях рек, использование их данных для обеспечения безопасного прохода и разгрузки/загрузки судов, для разработки новых и улучшения старых методов расчета и прогноза гидрологических характеристик. Экспедиционные изыскания проводились ААНИИ и ЛГУ (в устьях рек Оби (1977–1982 гг.), Енисея (1973–1974 гг.), Лены (1950–1956 гг.), Индигирки (1958–1959 гг.)), географическим факультетом МГУ (в устьях рек Пура и Таза (1970–1972 гг.), Енисея (1976–1978 гг.), Лены (1979–1981 гг.), Индигирки (1974–1975, 1989, 1991 гг.), Яны (1985, 1986 гг.)) и ГОИНом (в устьях рр. Онеги (1978–1985 гг.), Северной Двины (1979–1983 гг.), Печоры (1976–1980 гг.). Тиксинский УГМС проводил эпизодические измерения расходов воды в дельте Лены в 1973, 1975, 1976 гг. и постоянные с 1977 по 2005 г.; Северо-Двинская устьевая станция – эпизодические измерения расходов в рукавах дельты Северной Двины в 1960–1962 гг.

В 1990-х гг. – начале XX в., т.е. уже в постсоветский период, итоги предыдущих исследований обобщаются в нескольких крупных работах МГУ по гидрологии, строению и русловому режиму устьевых участков рр. Лена, Яна и Индигирка (рис. 4) ^{[26, 38, 135]}, по гидрологическим и морфологическим процессам в устьях Северной Двины, Мезени и Кулоя – в монографии ГОИНа ^[147], по динамике вод в приливных устьях Европейского Севера ^[178]. Особым событием стал выход в свет монографии В.Н. Михайлова «Устья рек России и сопредельных стран» (рис. 4) ^[127]. В ней список рассматриваемых арктических устьев существенно больше, в сравнении с ^[167]; приводятся сведения о параметрах, типе и особенностях эволюции устьевых областей, их морфологических и гидрографических элементах, предлагается прогноз будущего развития устьевых областей; дается характеристика современных гидролого-экологических условий устьевого участка и устьевого взморья реки.

Начало XXI в. характеризуется некоторым упадком устьевых исследований, закрытием ряда устьевых постов, прекращением стоковых стационарных наблюдений в дельте Лены. Тем не менее, в рамках российско-германского научного сотрудничества ААНИИ и Института полярных и морских исследований А. Вегенера в г. Потсдаме (Германия) с 1998 по 2018 г. проводились комплексные исследования дельты р. Лены. Их целью были выяснение происхождения и развития дельты Лены, ее современного водного, седиментационного и термического режима, реакции на климатическое потепление и морские гидрологические изменения ^{[181, 182, 205]}. По результатам работ выпускается комплексная монография «Происхождение и развитие дельты реки Лены» (рис. 4) ^[30].

Другим районом активизации исследований по устьевой тематике становится Обь-Тазовская губа и прилегающие (вместе с устьями Оби, Надыма, Пура, Таза, Мессояхи и др.) территории. Их инициатором является морской транспорт и газодобывающие компании. Детально изучаются ледовый режим губы, непериодические колебания уровня, приливы, течения, термохалинная структура и проникновение морских вод, создаются математические модели гидрологических процессов, совершенствуется аппарат прогнозов ^{[46, 67, 163]}.

Постепенно расширяется научно-исследовательская деятельность в отношении арктических устьев европейских рек РФ. Вначале она поддерживается усилиями сотрудников ГОИНа, прежде всего, В.Ф. Полонского, Ю.В. Лупачева, Н.А. Демиденко и Д.В. Мишина ^{[64, 65, 146, 148]}, в рамках научно-методической деятельности института и в связи с планами сооружения Мезенской ПЭС. Впоследствии, благодаря крупным научно-исследовательским грантам РНФ и РФФИ, Министерства науки и образования РФ, к исследованию этих и других арктических устьев подключился географический факультет МГУ ^{[4, 54, 116, 117, 126, 210, 212]}. С 2013 г. ежегодно организуются летние и зимние экспедиции: в устья небольших рек Кольского п-ова, Карелии, в устья рр. Онеги, Северной Двины, Мезени, Печоры, Оби и Колымы (участники – Фролова Н.Л., Алабян А.М., Терский П.Н., Попрядухин А.А., Повалишникова Е.С., Сазонов А.А., Агафонова С.А., Чалов С.Р., Магрицкий Д.В. и др.).

Одновременно продолжаются работы по настройке и прикладному применению математических моделей в воспроизведении и прогнозе устьевых гидрологических процессов: распределения речного стока между дельтовыми рукавами ^{[5, 6, 138, 163]}, режиму и изменчивости гидрологических характеристик эстуариев ^{[67, 70, 83, 175, 176]}, формирования уровней и затопления суши ^{[138, 163]}. Свою важность сохраняют работы, направленные на решение проблем навигации в устьях рек ^[163]. Появляется запрос на изучение экологических аспектов гидрологических процессов и хозяйственной деятельности ^[56]. Актуальной становится тема опасных гидрологических процессов в арктических устьях, их характеристик и изменчивости, прогноза и моделирования ^{[54, 107, 162, 211]}. Растет число исследований водного режима и динамики вод в небольших арктических устьях ^{[83, 125, 126, 162]}. Исследуется возможность объединения в единую систему моделей формирования стока на водосборе, динамики водных потоков в устьях рек, моделирования морского ветрового волнения и штормовых нагонов. Часть новых результатов обрела форму уникальных атласов и карт (рис. 5, 7) ^{[23, 162]}. Таким образом, следует признать, что устьевая тематика в изучении водных объектов и территорий АЗРФ не только сохраняется и развивается, но в ряде вопросов стала приоритетной.

Рисунок 7. Вариант карты типов арктических устьев для атласа «Российская Арктика. Пространство, время, ресурсы» ^[162]. Авторы – Айбулатов Д.Н., Магрицкий Д.В., Школьный Д.И.

Заключение

Изучение водного режима рек российской Арктики происходило неравномерно и неодинаково по отношению к разным территориям, водным объектам и темам. Самое начало XX в. характеризовалось бóльшим акцентом на гидрографические и топогеодезические изыскания, составление карт и описания физико-географических условий. 1920-е и, главное, 1930-е гг. – это период создания сети стационарных пунктов наблюдений и проведения масштабных экспедиционных гидрологических работ, массового накопления гидрологических данных ^[34]. Он сопровождал общее масштабное изучение и покорение российской Арктики, обустройство и обслуживание Северного морского пути, освоение первых арктических месторождений полезных ископаемых. Этот этап сбора и накопления гидрологических сведений, общего гидрологического описания водных объектов в российской Арктике продлился и в послевоенные годы – примерно до 1960–1970-х гг.

С 1960–1970-х гг. и по 1990-е гг. – период анализа накопленного материала и научных обобщений, появления новых направлений в исследовании гидрологии арктических рек и их устьев, ориентированных на глубокое изучение воздействия хозяйственной деятельности на сток и водный режим рек. В эти годы выявлялись закономерности и причины пространственно-временной изменчивости стока и элементов водного режима, создавались современные инструменты для расчета гидрологических характеристик при минимуме исходной информации, разрабатывались и применялись первые математические модели и др.

Несмотря на выход нескольких фундаментальных обобщающих работ, вторая половина 1990-х и самое начало 2000-х гг. характеризуются снижением активности гидрологических исследований в российской Арктике.

Последние 15 лет – совершенно новый этап с большим количеством полярных экспедиций, национальными и международными проектами, поддержкой со стороны государства и коммерческих структур, наращивающих масштабы природопользования в российской Арктике, отстаивание геополитических интересов страны в регионе. Это период развития новой инструментальной базы и современных технологий гидрологического мониторинга, обработкой и анализом данных, возможностями воспроизведения и прогноза гидрологических процессов, новыми, сложными и одновременно очень увлекательными темами исследований. В ближайшем будущем эти направления исследований сохранятся. Одновременно часть усилий будет направлена на ^[63]: 1 – обеспечение гидрометеорологической безопасности населения и хозяйственной деятельности в Арктической зоне; 2 – модернизацию и развитие государственной системы гидрометеорологических наблюдений на новой технологической основе; 3 – необходимость развития международного сотрудничества пограничных стран в области гидролого-экологического мониторинга состояния вод и водных объектов Арктического региона ^[219], 4 – расширение наших знаний о гидрологии рек арктических островов (пока таких исследований ничтожно мало ^{[170, 175]}).