Каждый день гидрологи с помощью разных приборов определяют "самочувствие" реки
В Калугу я попал поздно вечером. В темноте было слышно, как Ока хрустит льдом, затем умолкает, словно переводит дыхание, и вдруг снова принимается сталкивать льдины.
У переправы дежурил спасательный катер. Лавируя среди плывущих льдин и бревен, он смело выходил на середину Оки, ощупывал резким лучом прожектора надвигающееся на него месиво. Хруст льдин и ворчание катера сливались с гулом столпившихся на берегу жителей.
Калужане-старожилы еще помнили страшное половодье 1908 года. Тогда Ока поднялась на восемнадцать с половиной метров и затопила всю нижнюю часть города. «Плавал» и дом Циолковского. Спасая рукописи и приборы, ученый ютился на чердаке.
Вода все прибывала. Она накатывалась на берега и проникала во дворы прилепившихся к Оке старинных домов. Давно калужане не видели такого половодья...
...Начальник Калужского гидро-метбюро Евгений Алексеевич Коляда, едва размыкая воспаленные от бессонницы веки, дежурил у телефона. Звонили со строительства нового моста через Оку, из детского сада, со склада лесоматериалов и еще из десятка мест, связанных с рекой или расположенных рядом.
— Прибывает, — глухо отвечал Коляда, — завтра ожидаем тринадцать. Нет, больше четырнадцати не предвидится, в Белеве уже спад... Нет, говорю!
В комнату вошла невысокая худощавая женщина — агрометеоролог Вера Вениаминовна Костина, внучка Циолковского. Она взглянула на Коляду, на его посеревшее от усталости лицо. Переставила телефон на свой стол, заваленный таблицами.
Я вышел на крыльцо. Сквозь шум тревожной ночи донесся звонок телефона и спокойный женский голос:
— Да, прибывает... Не волнуйтесь, больше четырнадцати не будет.
На тринадцать с лишним метров поднялся уровень Оки у Калуги весной прошлого года. «Пророки», почти точно предсказавшие максимальный уровень Оки, — гидрологи. Помогло им в этом «предвидении» знание нрава реки.
В 8 утра и в 8 вечера
Гидрологи хорошо знают, что у каждой реки свой характер, свои причуды. Одна лениво течет подо льдом, кажется, совсем уснула, а к весне вздувается, несет на своей спине ноздреватые льдины и разливается так, что порой не видно и берегов. Это такие реки, как Волга, Обь. Другие тоже дремлют зимой, высоко поднимаются от талой воды, убывают к лету и, когда кажется, что все неприятности позади, внезапно выходят из берегов, заливая и смывая все на десятки километров в округе. Это, например, Амур, Зея. Третьи реки могут подняться на два-три метра и вновь пойти на убыль в любое время года. Таковы Днестр и Южный Буг.
...В Калужской области на красивой лесной реке Угре есть водомерный пост Мокрое. Там работает семья гидрологов Сучковых. У старшего поколения этой семьи гидрологов Прасковьи Емельяновны и Михаила Федоровича есть надежные помощники. Взрослый сын и дочь, которая учится в Белеве, в гидромелиоративном институте. Сучковы регулярно уже на протяжении двадцати лет «меряют реку». Каждый день они добиваются у реки ответа на один и тот же вопрос: «Как дела сегодня?»
На одном из обычных промеров был я с Михаилом Федоровичем. Выплыли мы на лодке чуть свет. Плыли почти от самого дома Сучковых, куда вода подошла по овражку. Ночью был мороз, весенний залив подернуло тонким ледком, он звенел от ударов весел и, поскрипывая, выгибался под волной. От деревни до водомерного створа — километра два вверх по течению. Плыли мы часа полтора, лавируя между грузными острыми льдинами, продираясь между затопленными кустами; плыли лишь для того, чтобы в восемь часов Михаил Федорович достал из лодки небольшую металлическую палочку с делениями, поставил ее на головку сваи, забитой в дно вблизи берега, и произвел замер. Цифра, что записал он в свою потрепанную тетрадь, очень важна. Уровень воды гидрологи с помощью так называемых кривых связи переводят в расход — количество воды, протекающее через створ реки в секунду. Расход и его изменчивость — важнейшие гидрологические характеристики.
Дом Сучковых похож на лабораторию. По стенам развешаны инструкции и чертежи приборов. Вдоль стен — стеллажи для бутылок с пробами воды. Телефон. На шкафу я заметил тонкие трубочки бумаги. Михаил Федорович перехватил мой взгляд и развернул рулон.
«Трубочка» оказалась гидрографом — графиком ежедневных расходов Угры. Он напоминал пилу с зубцами то острыми и высокими, когда река разбухала от дождей, то низкими, словно выломанными, — в сухую погоду.
Чертит такие графики Михаил Федорович не по долгу службы, а из глубокого интереса к своей работе. Серьезной обработкой данных занимаются работники управлений гидрометеослужбы. Они-то и пишут «со слов» наблюдателей биографии рек — ежегодники, кадастры и другие гидрологические справочники. В этих биографиях записываются такие события, как расходы воды и ее уровни, температура, количество наносов, даты появления первого льда и наступления весеннего ледохода.
Водомерный пост Мокрое — лишь одна точка в разветвленной системе наблюдений за реками. Система эта — опорная гидрометрическая сеть. Ежедневно по всей стране в восемь утра и в восемь вечера десятки тысяч наблюдателей с рейками в руках выходят к рекам. Дождь ли, буран ли, они точно выполняют программу измерений. И в биографиях рек появляются новые страницы.
Как-то я слышал такую гидрологическую шутку.
После долгой разлуки встретились два наблюдателя, работающих на разных реках.
— Вася, друг! — обрадовался один.
— Кого я вижу! — воскликнул другой.
— Сколько лет... Сколько воды утекло...
— Не так уж много — семь и три десятых кубокилометра, — ответил Вася. — Годы-то были маловодные.
Труд гидрометеонаблюдателей требует дотошной пунктуальности, он романтичен и нелегок.
В последние годы гидрологические измерения широко автоматизируются. Уже на многих постах установлены самописцы уровней, они чутко следят за «дыханием» реки и вырисовывают его фиолетовой палочкой на широкой сетчатой ленте. Наблюдатель лишь раз в сутки меняет ленту и заводит часовой механизм.
Биографии рек, как и всякие биографии, отвечают на вопрос: «Что было?» Но людям необходимо знать и что будет завтра, через неделю, через месяц...
И прошлогодний снег нужен
...Толстый белый пласт укрыл землю. Но вот под лучами мартовского солнца снег съеживается, тяжелеет и, превращаясь в ручейки, ползет к раздувающимся на глазах рекам. Белый пласт, укрывающий землю, — вот оно, весеннее половодье! Чтобы предвидеть его размах заранее, снег надо измерить и взвесить. Весь снег, в том числе и прошлогодний, выпавший в начале зимы.
...Надрывался и выл сырой, резкий ветер, висли на лыжах тяжелые мокрые комья, но гидрологи шли, через каждые двадцать метров измеряя деревянной рейкой высоту снега. А через каждые двести метров брали длинным цилиндром плотномера столбик снега и тут же взвешивали его на безмене. К вечеру весь снег на территории подмосковной стоковой станции Сареево был взят на учет. Теперь нужно было пересчитать его в запас «снежной воды», которая скоро покатится по оврагам к небольшой речушке, протекающей через Сареево.
Эта сплошная снегомерная съемка велась для научных целей, чтобы предсказать размер половодья опытной речки, проверить новый метод прогнозов. Обычно же снег измеряется выборочно — в поле, в лесах, в оврагах. Потом учитывается рельеф бассейна, его растительность и вычисляется средний снежный слой.
Для надежного прогноза половодья мало измерить снег. Надо учесть и разные «тонкости». Например, увлажненность почвы. Если земля сухая, то часть снежной воды впитывается в нее, не доходя до ручьев и речек. Если же осень накануне была дождливой, земля примет мало воды, а если, кроме того, в начале зимы стояли студеные бесснежные дни и почва глубоко промерзла, талая вода скатится, как по асфальту.
И еще одна «тонкость» — погода. Языки дождей иногда за два-три дня начисто вылизывают метровые пласты снега.
Итак, изо дня в день пишутся биографии рек. Пристально изучают гидрологи отдельные частные стороны жизни рек — скажем, питание снегом. Но для более точного предсказания поведения рек надо знать глубинные законы их рождения и жизни.
Маршруты «небесной воды»
На окраине городка Валдай, на берегу редкого по красоте озера, находится крупнейшая в нашей стране гидрологическая лаборатория. На ее холмистой территории много зелени, много цветов, но еще больше хитроумных устройств и приборов. Здесь гидрологи следят за водой с первых шагов ее по земле.
Главное, что их интересует, — это так называемый водный баланс. Вода, выпавшая в виде дождя или снега, не исчезает. Она как бы разветвляется — остается в низинках на поверхности земли и просачивается в почву, по склонам и оврагам сбегает к рекам и испаряется. Ученые стремятся выяснить, сколько же из всего «небесного водного пайка» достается реке. Сколько воды получает она летом, зимой, от ливня и облачного дождя, в лесу и в поле. В разном лесу, в разном поле.
На горе, за жилым поселком сотрудников лаборатории, стоит высокая металлическая мачта. На ее верхушке установлена антенна радиолокатора.
Когда я зашел в комнату радистов, к Валдаю приближалась стая плотных облаков. Вращающийся направленный радиолуч четко вырисовывал на светящемся экране причудливые комочки. Затем на шкале появились острые зеленые пики. Луч радара пронзил пачку облаков и, отражаясь, как от упругой стенки, от выливающегося из него дождя, отметил его интенсивность. Молодой радист Пантелеймон Прохоров взял таблицу и, глядя на шкалу, перевел зеленые пики на язык метеорологов.
Так было зафиксировано начало земного пути небесной воды.
Ее дальнейший путь прослеживается на стоковых площадках. Это прямоугольные ломти земли, пестрыми пятнами устилающие пологий склон холма. Каждый из них засеян особой культурой, по-своему вспахан либо так и оставлен нетронутой целиной. Под каждым из участков находятся цементированный желоб и от него отвод в крохотный аккуратный домик, где установлены баки для замера воды, стекающей по склонам во время сильного дождя. Но поверхностный сток дождевой воды, как мы уже говорили, — это лишь один из маршрутов выпавшего дождя.
Часть небесной воды просачивается глубоко в почву, и вот тут-то ее встречают специальные приборы, установленные в узких вертикальных подземных камерах. На площадке, под которой спрятаны приборы, стоит предупредительный знак «Радиоактивность». Здесь в своеобразных подземных лифтах перемещаются контейнеры с изотопами кобальта и счетчики показывают содержание воды в каждом слое: почва в зависимости от влажности по-разному «пропускает» радиацию.
На склоне холма в главной усадьбе лаборатории большой клин засеян кормовыми бобами. Только подойдя к нему близко, можно заметить в центре посева кольцевую металлическую оградку и узкую щель в земле, как бы огибающую оградку изнутри. Эта щель отделяет большой монолит — многотонный кусок почвы, вставленный в металлический резервуар, — от остальной почвы. Прикрепленный к прочной раме, он плавает на поплавках в кольцевой камере. Снаружи «все как вокруг», но под монолитом скрыта подземная лаборатория, установлено множество приборов. И в том числе лимниграф — прибор, который записывает все перемещения монолита, когда он «тонет», тяжелея после дождя, или «всплывает», испаряя влагу в жару. Никаких подъемных кранов и весов, но все измерения ведутся с высокой точностью. Этот большой почвенный монолит — единственный в мире.
Если посмотреть на Валдайскую лабораторию с холма, можно увидеть в центре ее десятки кружков. Это наполненные водой испарители. Одни из них предоставлены всем ветрам, другие укрыты изгородью кустарников. Здесь познаются тайны испарения с водной поверхности. Знать его величину в различных условиях необходимо, чтобы установить, сколько испаряется воды в озерах, реках, водохранилищах. Этот «возврат небесной воды» особенно велик в южных районах страны.
С холма виден и крохотный треугольник, неподвижно застывший в озере. Это специальный «научный» плот. С него ведутся наблюдения за озером и изучается испарение с водной поверхности в естественных условиях.
На плот меня привез Володя Акимов. Володя хочет поступать в Ленинградский гидрометеорологический институт. А пока он работает наблюдателем. Два раза в день Володя заводит старенькую моторную лодку и направляется на свой участок — к плоту.
Устроен плот необычно. На понтоне из металлических бочек плавает треугольная рама, обшитая по краям досками. Посреди плота, чтобы не забрызгивало волнами, укреплены погруженные в воду испарители. В одном углу плота крутится неутомимый анемометр, на другом — укреплена метеобудка с термографом. Плот закреплен на якоре. Меняется ветер, и плот медленно крутится на тросе вокруг якоря, описывая стометровый круг. С подветренной стороны плота всегда тихо, а с другой — гулко шлепаются в раму волны. В большие щели между балками рамы видно, как под плотом кружатся косяки окуней.
«Метео москва вода»
Сливающийся стук телетайпов похож на шум дождя. На столе у входа в помещение, где барабанят неутомимые телетайпы и, как фокусники, выпускают «изо рта» бесконечные усыпанные цифрами ленты, лежат папки. На одной из них написано «Вода». В этой папке — самые последние данные, собранные огромной армией гидро-метеонаблюдателей. Еще сегодня утром они шли на посты, к своим рейкам и записывающим приборам.
А к одиннадцати часам по московскому времени все гидрологические новости — в Центральном институте прогнозов. Телеграммы, присланные гидрологами, постороннему человеку могут показаться неразрешимыми ребусами. Телетайпы отстукивают их на своеобразном цифровом языке: «Метео Москва Вода Киев 12081 10043 20461 31046 40003 52021». Но работникам сектора информации ясно, что 12 марта в 8 утра на Днепре, у Киева, уровень был 43 сантиметра над нулем графика. За сутки вода поднялась на 46 сантиметров. На снежный покров, высота которого 21 сантиметр, выпало 10 миллиметров осадков. Дождь шел в течение 1 часа 45 минут. Началось разрушение ледяного покрова, лед потемнел, появились закраины. Температура воды 0°, воздуха 3°.
Иногда приходят словесные телеграммы. Адрес их тревожный: «Шторм Москва Вода». Телеграммы эти сообщают о неожиданных и опасных явлениях: о появлении заторов, селей, о начале ледохода.
В толстом журнале, где собраны наиболее важные из штормовых телеграмм, есть одна — от 21 мая 1963 года. В ней говорится о наступлении ледника Медвежьего на долину реки Ванч и образовании озера Абдукагорт. Затем телеграммы о леднике и озере надолго поселяются в журнале. Исследователи сообщают о своих наблюдениях за озером, о принятых мерах по охране населения от наводнения в случае прорыва озера. 17 июля пришла телеграмма из Душанбе: «Шторм Москва Вода. Наземная и воздушная разведка подтвердили, что озера Абдукагорт уже нет. Вода свободно вытекает через большой грот. Новое наполнение в этом году исключено».
Расшифрованные и обработанные телеграммы — это ежедневная «пища» сектора оперативных прогнозов. 25-го и 26-го числа каждого месяца в секторе самая горячка: выпускаются бюллетени. Тоненькие книжечки с прогнозом на предстоящий месяц и на квартал. В эти дни гидропрогнозисты особенно часто консультируются с синоптиками, разговаривают по телефону с местными управлениями гидрометеослужбы, проверяют расчеты. Они знают: от точности их прогнозов зависит многое.
Гидропрогнозы и... миллионы
Н а реке появился первый плавучий лед. Раньше речники, увидев его, сразу прекращали навигацию, чтобы успеть развести суда по зимним затонам. Но теперь, бывает, гидрологи говорят им: «Плавайте еще неделю. Ожидается потепление, крепкий лед будет позже». В результате — семь дополнительных дней навигации, и каждый из них приносит несколько миллионов рублей прибыли.
...Проектируется гидростанция. Инженеры знают, что во время паводка резко повышается уровень водохранилища. Чтобы предотвратить его переполнение, в бетонной плотине существуют водосливные отверстия. Их должно быть столько, сколько необходимо, чтобы пропустить все излишки воды. А если, предположим, инженеры получат от гидрологов прогноз объема паводка за две недели вперед, они смогут заранее спустить часть воды, подготовиться к встрече весенних вод. Тогда можно обойтись и меньшим числом водосливных отверстий. Без риска переполнить водохранилище. Значит, плотина может быть проще, как бы «урезанная». Опять экономия миллионов.
Подобные прогнозы даются, и есть такие плотины, например Каховская.
— Гидрологические прогнозы на срок до двух недель, так называемые краткосрочные, теперь не проблема, — рассказывает Валентин Дмитриевич Комаров, доктор технических наук, один из ведущих гидрологов страны. — Нам легче, чем синоптикам, которые имеют дело с быстро и неожиданно меняющейся атмосферой. Реки неповоротливее. Небольшие скорости движения воды, особенно грунтовой, достаточно хорошо изученные закономерности этого движения, инерция гидрологических процессов — все это позволяет превратить краткосрочное прогнозирование в строгие расчеты, которые производятся на вычислительных машинах. Без всяких домыслов и гаданий.
— А долгосрочное?.. На месяц или на год вперед?..
— Режим стока рек — запутанный клубок. И чем глубже мы заглядываем в него, тем более запутанным он кажется. Осадки и испарения. Характеристика бассейна — почвы, растительность, рельеф. Географическое положение реки. Преобразующая природу деятельность человека — ведь Волга сегодня, на которой построен каскад гидростанций с водохранилищами, не та Волга, что была тридцать лет назад. Задача гидрологов в том и состоит, чтобы вскрыть главные причины формирования стока. Кстати, о прогнозе на год. Дается такой для Дона. Он основан на учете влажности почвы в бассейне. Если, например, в этом году почва сухая, то в следующем, при обычном количестве осадков, сток Дона будет меньше — часть небесной воды отнимет у реки «жадная» земля. Прогнозы на год будут составляться и для других крупных рек.
— Есть, значит надежда, что развитие гидрологии и широкое использование электронных вычислительных машин позволит точно предсказывать поведение рек на несколько лет вперед?
— Далекое, заблаговременное предвидение сложных природных процессов, — говорит Комаров, — чревато ошибкой. Как бы мы ни изучали законы, управляющие стоком рек, у нас не будет полной уверенности, что через полгода или даже через месяц после выпуска прогноза в бассейн реки не прорвется непредусмотренный циклон и дожди не выпадут там, где их не ждали. И все же мы стремимся к точному прогнозу, то есть к наименьшему количеству ошибок в краткосрочном прогнозе и прогнозе на год.
Сегодня наблюдения за реками и климатом планеты вступили в новую фазу: они широко автоматизируются, расширяется гидрометрическая сеть. Наконец, ученые располагают сейчас такими мощными средствами исследования, как радиозонды, метеорологические ракеты, спутники.
Придет время, когда человек научится управлять сложнейшим процессом — круговоротом воды в природе.
С. Елаховский
