Авачинская губа – бухта Тихого океана у юго-восточного берега п-ова Камчатка. Она занимает центральное положение в Авачинском заливе, выделяясь среди других бухт большими размерами, своеобразной формой и рельефом. Длина губы (без пролива) по меридиану составляет 24 км, ширина по параллели 12 км. Общая площадь поверхности водного зеркала меняется в зависимости от фазы прилива-отлива от 230 до 208 км2. Объем воды составляет в среднем около 3,8 км3. Средняя глубина 18 м, максимальная – 28 м. В целом же преобладают глубины 15–25 м; они занимают 70 % всей площади.
Берега губы приглубленные, изрезанные и образуют ряд бухт, многие из которых (Раковая, Петропавловская и др.) представляют собой удобные гавани, хорошо защищенные от ветров отрогами горных хребтов. Дно относительно ровное. Вся его центральная часть покрыта илом, ближе к берегу – песком, гравием и галькой. Суммарный годовой сток пресных вод в губу составляет около 6 км3; максимальный сток наблюдается в июне, а минимальный – в марте. Характер течений в Авачинской губе определяется влиянием приливов и отливов, вследствие этого суммарные течения периодически меняют свою направленность и скорость [4; 5].
При минимальном склонении луны наблюдаются две полные и две малые воды в сутки, причем весной и осенью высота двух смежных полных и малых вод практически одинакова, т. е. имеет место правильный полусуточный ход приливов. Зимой и летом наблюдается большое суточное неравенство высот соседних полных вод, причем амплитуда прилива при этом мала и не превышает 80–85 см.
По мере увеличения склонения луны быстро растут суточные неравенства в высотах смежных вод, приливы становятся суточными с одной полной и одной малой водой. Малая вода имеет небольшую продолжительность стояния, тогда как полные воды с небольшими колебаниями по высоте имеют продолжительность стояния до 14 ч. Амплитуда прилива при этом наибольшая и может достигать 160–180 см.
Высота приливов бывает максимальной в апреле-июне. Разница между сизигийными и квадратурными высотами резко выражена. Почти во все периоды сизигийных циклов максимальные отливы приходятся на утренние и дневные часы и не доходят до нуля глубины не больше чем на 20–30 см. К осени разница между высотами полусуточных приливов, как и между высотами полных сизигийных и квадратурных отливов, почти нивелируется. При этом периоды больших сизигийных отливов перемещаются на ночные часы. Следовательно, в теплое время года литоральная биота испытывает сильное иссушающее воздействие и значительную инсоляцию.
Среднемноголетний годовой ход колебаний уровня в губе равен 147 см. С апреля по октябрь диапазон колебаний составляет 141–144 см. Максимальные колебания равные 157–158 см наблюдаются в декабре-январе. Скорость течений на поверхности губы достигает 35 см/с во время полной воды и падает до 10 см/с на малой воде. Придонные течения значительно слабее по скоростям, чем поверхностные (10–12 см/с), и, как правило, противоположны им по направлениям [2]. Максимальная скорость течения наблюдается в горле губы.
Речной сток в большей степени поджимается к северо-западному берегу. У северо-восточного берега, в районе от б. Моховая до м. Сигнальный, он образует круговорот, обратный по направлению тому, который появляется здесь во время смены приливного течения на отливное. Вода рек Авача и Паратунка стекает в залив в основном вдоль юго-западного берега губы.
Из рек, впадающих в губу, наиболее крупной является Авача, на долю которой приходится около 80 % годового стока. Река берет начало в отрогах Ганальского и Валагинского хребтов, имеет длину 122 км и водосборную площадь около 4800 км2. До впадения в губу она протекает по обширной заболоченной равнине, левобережная часть которой ограничена подножьем вулкана Авачинская сопка, а правобережная – невысоким водоразделом с бассейнами рек Тихой и Паратунка. Русло реки слабоизвилистое, на отдельных участках разветвленное. Преобладающая ширина русла 100–130 м, глубина 2–5 м, скорость течения около 1,5 м/с. [8] На приустьевом участке наблюдаются приливно-отливные течения. Глубина реки в малую воду падает до 0,6–0,8 м. Во время приливов берега на приустьевом участке почти полностью затопляются.
Водный баланс Авачинской губы был впервые рассчитан в сороковые годы И.Ф. Барановым [1]. Согласно его данным, итоговый водообмен Авачинской губы является результатом баланса между притоком речных вод и атмосферных осадков, с одной стороны, и процессами испарения и водообмена с заливом, с другой. Уравнение водного баланса губы он выражает в следующем виде:
А + В = Д + Н,
где А – приток речных вод в губу; В – количество осадков, выпадающих на поверхность губы; Д – испарение с поверхности губы; Н – величина водообмена губы с заливом.
Принимая средний приток речных вод в губу равным 5,25 км3 в год и площадь губы 238 км2, он получил толщину слоя воды, приносимую реками, – 22,06 м. С учетом среднегодовых сумм осадков (1,099 м) и испарения (0,373 м) он рассчитал, что из губы в залив в течение года выливается в среднем 5,42 км3 воды, что соответствует секундному расходу 171,9 м3/с.
Расчет водного баланса Авачинской губы, проделанный [2; 3], не совсем согласуются с данными, полученными И.Ф. Барановым, поскольку при составлении водного баланса следует учитывать все источники поступления воды в губу и все статьи расхода воды из нее. Исходя из этого, уравнение водного баланса Авачинской губы будет иметь следующий вид:
Wр + Wос + Wпр + Wпод + Wст = Wг + Wотл + Wисп + Wфил ± H,
где Wр – объем поступающего в губу водного стока; Wос – объем атмосферных осадков, выпадающих на зеркало губы; Wпр – объем воды, поступающей в губу из океана во время прилива; Wпод – объем подземных вод, поступающих в губу; Wст – объем сточных вод, поступающих в губу; Wг – постоянный водный сток воды в океан; Wотл – объем воды, уходящей в океан при отливе; Wисп – объем воды, испаряющейся из губы; Wфил – объем воды, фильтрующейся из губы в океан; Н – невязка водного баланса.
Определяя значения всех членов уравнения, необходимо учитывать, что гидрология Авачинской губы очень динамична. В связи с этим расчет водного баланса мы проводили по средним многолетним данным (2000–2009 гг.) всех статей водного баланса.
Wр – объем речного водного стока. Средний годовой расход воды в р. Авача составляет 137 м3/с, а в р. Паратунка – 45 м3/с, при максимальном расходе воды в половодье 542 и 259 м3/с соответственно. Остальные мелкие ручьи и речки не оказывают существенного влияния на среднегодовой водный баланс губы. Поэтому объем речного водного стока мы принимаем приблизительно равным среднему годовому стоку рек Авача и Паратунка. Среднегодовой сток рек Авача и Паратунка составляет: Wр = (137 + 45)′60′60′24′365 = 5,74 км3/год.
Wос – объем атмосферных осадков. Среднегодовой слой атмосферных осадков составляет 1,1 м [6], а площадь водного зеркала губы в зависимости от фазы прилива-отлива колеблется от 208 до 230 км2, при среднем значении 219 км2. Следовательно, количество атмосферных осадков, выпадающих на зеркало губы, составит: Wос = 1,1′10-3′219 = 0,24 км3/год.
Wпр – объем воды, поступающей в губу из океана во время прилива. Принимая среднее изменение уровня в губе равным 147 см, определим количество воды, поступающей в губу во время прилива. Оно равно 0,32 км3 (1,47?10-3?219). Для простоты расчета примем, что приливы в губе имеют суточный характер, тогда в течение года через губу за счет приливов пройдет следующий объем воды: Wпр = 0,32′365 = 117,9 км3/год.
Wпод – объем подземных вод, поступающих в губу. Данных по этой составляющей у нас нет, и учесть ее нет возможности. Необходимо отметить, что эта составляющая не должна быть большой, так как с запада подземные воды дренируются в реки Авача и Паратунка, а с востока расположен океан, и подземные воды могут поступать в губу только с севера со стороны Авачинской группы вулканов и с юга.
Wст – объем сточных вод, поступающих в губу из г. Петропавловска-Камчатского. Суммарный годовой объем сточных вод, сбрасываемых в Авачинскую губу составляет около 0,12 км3/год.
Wг – постоянный водный сток из губы воды в океан. Он складывается из водного стока рек Авача и Паратунка, объема атмосферных осадков, выпадающих на водное зеркало губы, поверхностного стока (объем которого относительно других составляющих будет мал и поэтому его мы не учитываем) и объема сточных вод. Из этого надо вычесть объем испарившейся воды (см. ниже), составляющий 0,09 км3/год: Wг = 5,74+0,24+0,12–0,09 = 6,01 км3/год.
Wотл – объем воды, уходящей в океан при отливе. Совершенно очевидно, что этот объем за достаточно длительный период (например за год) должен быть равен объему воды, поступившей в губу во время прилива. В противном случае должно наблюдаться изменение уровня губы – либо его повышение, либо понижение по сравнению с ординарным. Следовательно, Wотл = 117,9 км3/год.
Wисп – объем воды, испаряющейся с водного зеркала губы. Средний многолетний слой испарения составляет 0,4 м, тогда объем испарившейся воды будет равен: Wисп = 0,′10-3′219 = 0,09 км3/год.
Wфил – объем воды, фильтрующейся из губы в океан. Эта составляющая водного баланса будет намного меньше, чем поступление в губу подземных вод. Это объясняется почти одинаковым уровнем воды в губе и в океане как во время прилива, так и во время отлива. В силу этих причин эту составляющую можно не учитывать.
Н – невязка водного баланса. Невязка водного баланса может быть как положительной, так и отрицательной. Это обусловлено неточностью имеющихся сведений и нашими допущениями. Суммарный баланс приведен в таблице.
Водный баланс Авачинской губы
|
Статьи прихода |
км3/год |
% |
Статьи расхода |
км3/год |
% |
|
Речной сток |
5,74 |
4,63 |
Постоянный сток |
6,01 |
4,85 |
|
Атмосферные осадки |
0,24 |
0,19 |
Испарение |
0,09 |
0,07 |
|
Прилив |
117,9 |
95,08 |
Отлив |
117,9 |
95,08 |
|
Подземный сток |
– |
– |
Фильтрация |
– |
– |
|
Сточные воды |
0,12 |
0,10 |
|||
|
Всего приход |
124,0 |
100 |
Всего расход |
124,0 |
100 |
Как видно из полученных данных, главной составляющей водного баланса Авачинской губы является объем воды, поступающей в губу во время прилива, и объем воды, уходящей из губы в океан во время отлива. Необходимо отметить, что расчет водного баланса, приведенный в этой работе, не совсем совпадает с выполненными ранее [2; 3]. Принципиально он не изменился, но из-за уменьшения объема сточных вод их доля в общем приходе несколько уменьшилась. Так, в 80 гг. XX в. она составляла 0,15 %, а в настоящее время уменьшилась и составляет 0,1 %. В результате доля прилива, объем которого не изменился, немного увеличилась – до 95,08 %. Ранее он составлял 95,03 %.
Коэффициент водообмена губы (n), рассчитываемый исходя из объема губы (3,8 км3) и объема воды, проходящей через нее за год, будет равен: n = 124,0:3,8 = 32,63 ≈ 33 раза в год.
Коэффициент водообмена показывает, что Авачинская губа как водная система имеет очень динамичный характер. В то же время надо учитывать, что благодаря особенностям строения губы водообмен в губе проходит неравномерно. Поверхностные слои обмениваются водой значительно более интенсивно, чем придонные.
Ежесуточно в губу за счет прилива вливается в среднем около 0,32 км3, а выливается 0,34 км3 воды. Таким образом, среднесуточный расход воды за счет постоянного водного стока из губы составляет около 0,017 км3, а среднемесячный 0,51 км3. Постоянный сток из губы сильно меняется в течение года. С мая по август он составляет около 3,40 км3, в сентябре-ноябре 1,40 км3, а в декабре-апреле 1,28 км3 [2].
Годовой ход температуры воды в Авачинской губе имеет положительные значения с апреля по ноябрь и отрицательные с декабря по март. В поверхностном слое воды переход температуры через 0ºС обычно происходит в первой половине апреля. В мае и особенно июне прогрев усиливается, и отрицательные температуры исчезают на всех горизонтах. Максимальные значения температуры на поверхности наблюдаются в июле-августе и колеблются от 11–12 ºС до 21 ºС. При этом у горла губы температура поверхностного слоя воды всегда ниже, чем в ее центральной части.
С сентября начинается охлаждение поверхностного слоя, а в придонных слоях и на мелководье температура продолжает повышаться. В октябре охлаждение водных масс охватывает всю толщу, исключая придонный слой в центре губы, где температура воды, напротив, достигает максимальных значений (3,7–4 ºС).
Зимой в связи с наличием льда температура поверхностного слоя изменяется мало. Ее минимальные значения наблюдаются в феврале: в придонном слое они составляют –0,3 ÷ –0,7 ºС, а на поверх ности –1 ÷ –2,0 ºС. Абсолютный минимум (–2,0 ºС) наблюдается практически ежегодно.
Среднегодовая температура воды Авачинской губы равняется 3,9 ºС.
Для кутовой части Авачинской губы характерно раннее образование льда, в отдельные годы в этом районе он появляется в ноябре. В западном районе припайный лед появляется в декабре и держится до конца марта. В центральном и восточном районах сплошной ледовый покров, как правило, не образуется, так как лед постоянно выносится в океан.
Режим солености Авачинской губы определяется в основном водообменом с Тихим океаном и стоком рек Авача и Паратунка. Постоянно высокие значения солености в нижних горизонтах губы обусловлены влиянием океанической воды. Речные воды создают зону смешения лишь в поверхностном слое. Наиболее распреснены воды в северо-западной, южной и юго-западной части губы. По мере удаления от устьев рек распреснение ослабевает, но даже у мыса Углового соленость значительно ниже, чем у противоположного восточного берега горла.
Годовой ход изменения солености воды в губе довольно значителен. Уменьшение солености начинается в апреле из-за увеличения берегового стока. Ее минимальные значения наблюдаются в июле и держатся на низком уровне до сентября. В осенние месяцы соленость начинает повышаться. Образование ледового покрова в зимние месяцы еще больше повышает соленость, и в январе она достигает своих максимальных значений. В этот же период происходит ее нивелирование по всей толще воды. Небольшое распреснение поверхностных слоев воды может наблюдаться в феврале. Его вызывает подток пресных вод под нижнюю поверхность ледового покрова [7].
Исходя из выше изложенного можно резюмировать, что Авачинская губа как водная система имеет очень динамичный характер, но из-за особенностей ее строения водообмен в губе проходит неравномерно и поверхностные слои обмениваются водой значительно более интенсивно, чем придонные. Соленость Авачинской губы определяется в основном водообменом с Тихим океаном (Авачинским заливом) и стоком рек Авача и Паратунка. Постоянно высокие значения солености в нижних горизонтах губы обусловлены влиянием океанической воды. Речные воды создают зону смешения лишь в поверхностном слое. Среднегодовая температура воды Авачинской губы равняется 3,9 ºС. Годовой ход температуры воды в Авачинской губе имеет положительные значения с апреля по ноябрь и отрицательные с декабря по март.
Рецензенты:
Кузякина Т.И., д.б.н., профессор, главный научный сотрудник Научно-исследовательского геотехнологического центра ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский;
Сердан А.А., д.х.н., профессор, ведущий научный сотрудник кафедры химии нефти и органического катализа Химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва.
Работа поступила в редакцию 02.09.2014.