АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТОКА В НИЗОВЬЯХ РЕКИ СЫРДАРЬЯ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология № 4 2019

УДК 556.54

Доктор техн. наук Ж.С. Мустафаев1

Доктор техн. наук А.Т. Козыкеева1

Кандидат техн. наук А.А. Сагаев2

Е.Н. Алимбаев2

АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТОКА В НИЗОВЬЯХ РЕКИ

СЫРДАРЬЯ

Ключевые слова: река, бассейн, гидрология, режим, естественный, антропогенный, современный, анализ, оценка, уравнение

На основе анализа информационно-аналитических материалов Главного управления гидрометеорологической службы СССР, РГП «Казгидромет» и «Арало-Сырдарьинской бассейновой инспекциии по регулированию использования и охране водных ресурсов» Комитета по водным ресурсам Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан произведена оценка антропогенного изменения стока в низовьях реки Сырдарьи по гидрологическим постам, с определением коэффициента усыхания, характеризующегося уменьшением пропускной способности реки под влиянием не только изменения гидрологического режима реки в верховьях, но и хозяйственной деятельности, проведенной в водосборах бассейна реки.

Введение. В настоящее время в бассейне реки Сырдарья сложилась катастрофическая водно-экологическая обстановка, что объясняется, прежде всего, его трансграничным положением, а также приуроченностью нижней части бассейна к засушливым внутриконтинентальным районам, где река почти не принимает притоков. Усугубляет ситуацию то, что именно на этих участках в пределах Казахстана река Сырдарья является основной водной артерией и источником водообеспечения населения и различных отраслей хозяйства, к ее долине тяготеют основ-

1Казахский Национальный Аграрный Университет, г. Алматы, Казахстан.

2Кызылординский государственный университет имени Коркыт-Ата, г. Кызылорда, Казахстан.

43

ные ареалы заселенности, а также промышленной и сельскохозяйственной освоенности.

Нерациональная хозяйственная деятельность на водосборе, включая использование водных ресурсов, также оказывает большое влияние на экологическое состояние бассейно -речной системы в низовьях реки Сырдарьи [1, 3, 5, 9, 10, 11, 12, 13].

Цель исследования заключалась в том, чтобы на основе анализа информационно-аналитических материалов Главного управления гидрометеорологической службы СССР, РГП «Казгидромет» и «Арало-Сырдарьинской бассейновой инспекциии по регулированию использования и охране водных ресурсов» Комитета по водным ресурсам Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан произвести оценку изменения стока в низовьях реки Сырдарьи под воздействием хозяйственной деятельности.

Объект исследований. Сырдарья - вторая по водности и первая по длине река Центральной Азии. От истоков Нарына ее длина составляет 3019 км, а площадь бассейна 219 тыс. км2. Истоки Сырдарьи лежат в Центральном (Внутреннем) Тянь-Шане. После слияния Нарына с Ка-радарьей реку называют Сырдарьей. Питание реки ледниковое и снеговое, с преобладанием последнего. Для водного режима характерно весенне-летнее половодье. Наибольший сток приходится на июнь. Основной сток Сырдарьи формируется на территории Кыргызской Республики. Затем Сырдарья пересекает Узбекистан и Таджикистан и впадает в Аральское море на территории Казахстана. Общая длина русла в водосборе реки Сырдарьи 22212 км и площадь бассейна составляет 219 000 км2 [1, 7, 10...13].

В водосборе бассейна реки Сырдарья созданы несколько водохранилищ: Токтогульское (19,5 км3, Кыргызстан), Кайраккумское (4,2 км3, Таджикистан), озеро Айдаркуль (41 км3, Узбекистан) и Шарда-ринское (5,7 км3, Казахстан). С целью урегулирования весенних паводков и сбросов воды с Токтогульской ГЭС Казахстан построил в ЮжноКазахстанской области Коксарайское водохранилище (длина плотины 45 км) с объёмом в три миллиарда кубометров, которое впервые было заполнено весной 2010 года [15].

Сырдарья ранее впадала в Аральское море, но, ныне, вследствие катастрофического снижения его уровня и распада моря на две части в 1989 году, река впадает в северную часть моря, так называемое «Малое 44

море». Воды Сырдарьи в значительной мере разбираются на хозяйственные нужды, в связи с этим нынешний объём стока в устье снизился более чем в 10 раз (с 400 м3/с до 30 м3/с) по сравнению с условно -естественным периодом (до 1960 года) [ 7].

Материалы и методы исследования. Изучение многолетних гидрологических данных относительно гидрологических постов реки Сырдарьи, расположенных ниже Шардаринского водохранилища, проводилось по материалам Главного управления гидрометеорологической службы СССР, РГП «Казгидромет» и «Арало-Сырдарьинской бассейновой инспекции по регулированию использования и охране водных ресурсов» Комитета по водным ресурсам Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан [8, 14...17].

Гидрологическая изученность реки Сырдарьи в пределах нижнего течения сравнительно-удовлетворительная, так как наибольшую длительность наблюдений имеют гидрологические посты «Шардара», «Томенарык», «Кызылорда», «Казалинск» и верховьях реки Нарын гидрологический пост «Нарын» с 1911 по 2015 годы. При этом, постоянные наблюдения с 1911 года до настоящего время имеют гидрологические посты «Нарын» и «Шардара», которые могут служить как реки-аналоги при восстановлении среднегодового расхода реки по гидрологическим постам «Томенарык», «Кызылорда» и «Казалинск», то есть гидрологический пост «Нарын» расположен в зоне формирования стока реки Сырдарьи, а гидрологический пост «Казалинск», как замыкающий створ в зоне магазинирования стока.

Таким образом, в результате статистического анализа информационно-аналитических материалов Главного управления гидрометеорологической службы СССР, РГП «Казгидромет» и «Арало-Сырдарьинской бассейновой инспекции по регулированию использования и охране водных ресурсов» Комитет по водным ресурсам Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан, для восстановления стока по гидрологическим постам по методу гидрологической аналогии получены уравнения регрессии с высоким коэффициентом корреляции (таблица 1).

Оценка влияния хозяйственной деятельности на формирование стока в водосборах бассейна реки сопряжена с большими трудностями, так как сложность их состоит в том, что влияние антропогенных факто-

45

ров приходится оценивать на фоне естественных колебаний стока и природных стокообразующих факторов.

Таблица 1

Сведения о реконструкции рядов среднегодового расхода воды

р. Сырдарья

Река пункт Река аналоги, гидрологический пост Уравнение регрессии Коэффициент корреляции

Естественный режим

Томенарык Шардара У=0,9742Х Я=0,90

Кызылорда Шардара У=0,8251Х Я=0,87

Антропогенный режим

Томенарык Шардара У=0,7844Х Я=0,93

Современный режим

Томенарык Шардара У=0,7655Х Я=0,97

Кызылорда Шардара У=0,5869Х Я=0,93

Казалинск Шардара У=0,4451Х Я=0,89

Результаты исследования. На основе использования уравнений регрессии, полученных при восстановлени среднегодовых расходов воды реки Сырдарья по гидропостам «Томенарык», «Кызылорда» и «Каза-линск» методом гидрологической аналогии в годы отсутствия наблюдения, что позволило представить многолетний ход среднегодовых расходов воды в створах реки Сырдарья по гидрологическим постам Нарын, «Шар-дара», «Томенарык», «Кызылорда» и «Казалинск» (рис. 1...5).

Как показано на рисунках 1...5, многолетний и современный период имеет тенденцию к увеличению, которая наблюдается на гидрологических постах Нарын и Шардара, а на постах Томенарык, Кызылорда и Ка-залинск, расположенных ниже Шардаринского водохранилища, наоборот, наблюдается постоянное уменьшение среднегодового расхода воды. При этом, следует отметить, что в многолетнем колебании среднегодового расхода воды на гидрологическом посту Нарын, расположенного выше Ток-тогульского водохранилища и на гидрологическом посту Шардара, расположенного ниже Шардаринского водохранилища, за период наблюдений имеет место слабая положительная тенденция, которая особо не повлияла на общее направление изменения среднегодового расхода воды за многолетний период.

46

д, м3/с 800 -

200

1900

1950

2000

2050

Рис. 1. Многолетний ход среднегодового расхода воды р. Сырдарья

г. Нарын.

д, м3/с 1500

1000

500

1900

1950

2000

2050 годы

Рис. 2. Многолетний ход среднегодового расхода воды р. Сырдарья - г.п. Шардара (ниже Шардаринского водохранилища).

д, м3/с

1500 1000 500

1900

1950

2000

2050 годы

Рис. 3. Многолетний ход среднегодового расхода воды р. Сырдарья -г.п. Томенарык.

д, м3/с

1200 1000

800 600

400 200

Ми

1900

1950

2000

2050 годы

Рис. 4. Многолетний ход среднегодового расхода воды р. Сырдарья - г. Кызылорда.

0

0

0

0

47

д, м3/с 800

600

400

200

0

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

годы

Рис. 5. Многолетний ход среднегодового расхода р. Сырдарья - г. Казалинск.

Таким образом, анализ данных наблюдений за среднегодовыми расходами воды в низовьях реки Сырдарья показал, что начиная с 1970-х годов среднегодовые расходы начали существенно меняться под влиянием антропогенных факторов и хозяйственной деятельности. На рисунке 6 приведены разностно-интегральные кривые стока по гидрологическим постам Нарын, Шардара, Томенарык, Кызылорда и Казалинск, а также линия тренда, начинающаяся от переломного периода, после которого сток начал уменьшаться (за 1970...2015 гг.) [2].

Таким образом, репрезентативный период определялся по разностным интегральным кривым среднегодового расхода воды в гидрологических постах, расположенных в бассейне реки Сырдарья.

НК-

25 20 15 10 5 0

-10

1)/СУ

2020 Годы

Ряд1

Ряд2

-Ряд3

Ряд4

Ряд5

Рис. 6. Совмещенные разностно-интегральные кривые стока р. Сырдарья в гидрологических постах (1- г. Нарын; 2- ниже Шардаринского водохранилища (Шардара); 3- Томенарык; 4- г. Кызылорда; 5- г. Казалинск).

В качестве расчетного периода выбраны данные с 1911 по 2015 годы. Их можно разделить на три периода [7]: - условно естественный (1911.1970 гг.); - период устойчивого водопотребления - ирригационный

5

48

режим работы Токтогульской ГЭС (1976.. .1992 гг.); -период устойчивого водопотребления - энергетический режим работы Токтогульской ГЭС (1993.2015 гг.). Разделение периода устойчивого водопотребления на два связано с тем, что начиная с 1993 года, режим Токтогульского водохранилища изменился, то есть ранее оно работало в ирригационном режиме, сбросы из него проводились в основном в осенне-летний период, и составляли около 75 % от общего стока. В средине 90-х годов прошлого столетия режим работы Токтогульского водохранилища резко изменился, то есть для выработки необходимой для Кыргызстана электроэнергии основные попуски воды осуществлялись в зимние месяцы, в течение которых срабатывалось около 60 % общего объема стока, что привело к некоторому увеличению среднегодового расхода воды в низовьях реки Сырдарья [7, 2, 4, 6].

Уравнения линии тренда (рисунок 6) имеют следующий вид:

- для г.п. Шардара (ниже Шардаринского водохранилища): У = -0,4796-X + 955,43;

- для гидрологического поста Томенарык: У = -0,5000-X +101046;

- для г. п. Кызылорда: У = -0,3359- X + 675,73 ;

- для г. п. Казалинск: У = -0,4463- X + 897,62.

Сложившаяся гидрологическая ситуация в низовьях реки Сырдарья требует сбалансированного использования водных ресурсов. Это вызывает необходимость оценки воздействия антропогенных факторов на сток и гидрологический режим реки. Вопрос оценки направленности и величины речного стока под влиянием изменения климата и хозяйственной деятельности человека приобретает исключительно важное практическое и научно-методическое значение, т.к. его решение позволит учесть характер и степень изменения водных ресурсов, природных условий и комплексного обустройства водосбора речных бассейнов [7].

Таким образом, приведенная динамика изменения расходов воды в низовьях реки Сырдарья в гидрологических постах Шардара, Томенарык, Кызылорда и Казалинск в период наблюдений с 1911 по 2015 годов показала, что по мере зарегулирования стока в верховьях водохранилищными гидроузлами с 1955 по 1980 годы (Кайраккумское (1956 г.), Шардаринское (1965 г.), Шарвакское (1970 г.), Токтогульское (1975 г.) и Андижанское (1978 г.) с общей полезной емкостью 33,1 км3), начался процесс усыхания, который коренным образом изменил все гидравлические и геоморфологические условия протекания воды, показатели потока и русла.

49

Динамика усыхания реки выражается коэффициентом, учитывающим отношение расходов, оставленных в русле реки для сохранения его гидроэкологического равновесия между смежными гидропостами [15]:

ц=йпос / апр, (1)

где ц - коэффициент усыхания реки; 0пр - расход верхнего гидропоста;

Qпос- расход нижнего гидропоста.

Изменение коэффициента усыхания реки между смежными гидрологическими постами ниже Шардаринского водохранилища относительно гидрологического поста Шардара приведено в таблице 2.

Анализ показателя коэффициента усыхания в низовьях реки Сырда-рья ниже Шардаринского водохранилища за рассматриваемый период с интервалами 10 лет, показал, что межу гидрологическими постами Томенарык, Кызылорда и Казалинск в неблагоприятных условиях находились участки ниже Кызылординского гидроузла, где коэффициент усыхания в период антропогенной деятельности (ирригационный режим работы Токтогульской ГЭС 1976... 1992 гг.) составлял ниже 0,56.

Таблица 2

Изменение коэффициента усыхания в разные периоды антропогенных воздействий ниже Шардаринского водохранилища

Расходы воды р. Сырдарья по периодам, м3/с

Гидрологиче- илета § о 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 0661 2000 2010 2015

ский пост 12 13 14 15 16 17 18 19 10

Й 9 9 9 9 9 9 9 9 0 2 10 2

Шардара О-пр 764 777 673 525 699 542 304 349 533 562 479

Томенарык Опос Ц 744 0,97 757 0,97 655 0,97 559 1,07 798 1,14 493 0,91 282 0,93 266 0,76 406 0,76 436 0,82 367 0,76

Кызылорда Опос ц 631 0,82 738 0,95 546 0,81 611 1,16 733 1,05 387 0,71 170 0,56 137 0,39 329 0,62 332 0,59 281 0,59

Казалинск Опос 517 526 444 459 517 329 107 83,4 199 246 213

ц 0,68 0,68 0,66 0,88 0,74 0,61 0,35 0,24 0,37 0,44 0,44

Томенарык Опр 744, 757 655 559 798 493 282 266 406 436 367

Кызылорда Опос ц 631 0,85 738 0,97 546 0,83 611 1,09 733 0,92 387 0,78 170 0,60 137 0,51 329 0,81 332 0,76 281 0,77

Казалинск Опос ц 517 0,69 526 0,70 444 0,68 459 0,82 517 0,65 329 0,67 107 0,38 83,4 0,31 199 0,49 246 0,56 213 0,58

Кызылорда Опос 631 738 546 611 733 387 170 137 329 332 281

Казалинск Опос ц 517 0,82 526 0,71 444 0,81 459 0,75 517 0,70 329 0,85 107 0,63 83,4 0,60 199 0,60 246 0,74 213 0,76

50

Таким образом, анализ многолетнего хода среднегодового расхода воды и разностные интегральные кривые по гидрологическим постам, расположенным ниже Шардаринского, показывают, что в низовьях Сыр-дарьи происходит интенсивный процесс усыхания реки.

Вывод. Для принятия целесообразного решения при использовании водных ресурсов исследуемого бассейна необходимо изменить современные принципы в сфере природопользования. Традиционные методы необходимо поменять на новые, базирующиеся на свойствах и законах природной среды, обеспечивающие экологическую устойчивость водной экосистемы в пространственно-временном масштабе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бурлибаев М.Ж., Достай Ж.Д., Турсунов А.А. Арало-Сырдарьинский бассейн: гидрологические проблемы, вопросы вододеления. - Алматы: Дау-ир, 2001. - 180 с.

2. Бурлибаев М.Ж., Фащевскийй Б.В., Опп К., Бурлибаева Д.М., Кайдарова Р.К., Вагапова А.Р. Научные основы нормирования экологического стока рек Казахстана. - Алматы: Издательство «Канагат», 2014. - 408 с.

3. Взаимосвязь водных и энергетических ресурсов в Центральной Азии. Улучшение регионального сотрудничества в бассейне Сырдарьи. Регион Европы и Центральной Азии, Всемирный Банк, 2004. - 62 с.

4. Взаимосвязь водных и энергетических ресурсов в Центральной Азии: Улучшение регионального сотрудничества в бассейне Сырдарья. - Вашингтон, Округ Колумбия, 2004. - 65 с.

5. Водно-энергетические ресурсы Центральной Азии: проблемы использования и освоение (отраслевой обзор). - Евразийский банк развития, 2008. - 44 с.

6. Водные ресурсы и адаптационные интервенции в Центральной и Западной Азии. - 2012. - 12 с.

7. Водные ресурсы Казахстан: оценка, прогноз, управление. Том IX. Внутренние и окраинные водоемы Казахстан (Арал, Балкаш, Каспий). Книга 1. - Алматы, 2012. - 456 с.

8. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Казахская ССР. Том 14. Вып. 1. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 268 с.

9. Ибатуллин С.Р. Водные ресурсы Центральной Азии: современное состояние, проблемы и перспективы использования. - Алматы, 2013. -144 с.

51

10. Мустафаев Ж.С., Козыкеева А.Т. Бассейн Аральского моря: прошлое, настоящее и будущее - Тараз, 2012. - 318 с.

11. Мустафаев Ж.С., Пулатов К., Козыкеева А.Т., Мустафаева Л.Ж. Пути улучшения природно-экологической ситуации в бассейне Аральского моря (Аналитический обзор). - Тараз, 1997. - 70 с.

12. Мустафаев Ж.С., Пулатов К., Козыкеева А.Т., Мустафаева Л.Ж. Экологическая оценка природных систем в зонах бассейна Аральского моря (Аналитический обзор). - Тараз, 1997. - 80 с.

13. Мустафаева Л.Ж., Сейдуалиев М.А. Эколого-экономическая эффективность использования водных и земельных ресурсов (на примере реки Сырдарья) (Аналитический обзор). - Тараз, 2003. - 80 с.

14. Оценка водных ресурсов и руслового баланса реки Сырдарья в пределах Казахстана. - Ташкент-Алматы, 2011. - 52 с.

15. Разработка комплекса неотложнных и перспективных мероприятий по увеличению пропускной способности русла реки Сырдарья ниже Шарда-ринского водохранилища до впадения в Малый Арал с учетом ухудшения гидрологического режима и возросших антропогенных нагрузок: отчет НИР (заключительный). - Тараз, 2005. - 148 с.

16. Ресурсы поверхностных вод СССР. Средняя Азия. Бассейн реки Сырда-рья. Том 14. Вып. 1. - Л.: Гидрометеоиздат, 1965. - 256 с.

17. Ресурсы поверхностных вод. Основные гидрологические характеристики. Средняя Азия. Бассейн река Сырдарья. Том 14. Вып. 1. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 320 с.

СЫРДАРЬЯ вЗЕНШЩ ТвМЕНП алабындагы су АГЫНЫНЬЩ ТЕХНОГЕНД1К ЭЗГЕРУ1

Тушн свздер: езен, алабы, гидрология, тэрпб^ табиги, техногендш, замандьщ, талдау, багалау, тендеу.

ССРО-нъщ гидрометеорологиялыц цызменттщ бас басцармасыныц, «Цазгидромет» РМК-мц, Республика К,азацстанныц ауылшаруашылыц министрлтнщ Су ресурстар

Поступила 17.05.2019

Техника гылым. докторы Техника гылым. докторы Техника гылым. кандидаты

Ж.С. Мустафаев А.Т. Козыкеева А.А. Сагаев

Е.Н. Алимбаев

52

KOMumemiHih, «Apan-CbipdapbH anadmwv, cy pecypcmapbm nadarnuy wdne vppzay uncne^uHCbiHb^» a^napammw^-ma^day MdniMemmepw mandaydbih, нeгiзiндe, CbipdapbH e3enini^ moMemi carncbina opnamc^n гидpоnогинnuц 6eKemmep doubinwa cy asbinbinbi^ oзгepyiн, meK ^ana o3enni^ wompgbi wazbindazbi гидpоnогимblц mdpmi6mi^ oзгepyiнiц dcepinen, o3enni^ cy omKisy Kp6nemw moMendey^, oзeннiц cy^инay arnQbrndazbi wapyawbmb^UMemm^ dcepw cunammaumbw Ke6iy KopcemKm aнuцmay ap^bMbi, meхногeндiк mypzbida 6azamy :№Ypгiзwгeн.

ZH.S. Mustafayev, A.T. Kozykeev, A.A. Sagaev, E.N. Alimbaev

ANTHROPOGENIC CHANGES IN DRAIN IN LOWERS OF THE SYRDARYA RIVER

Keywords: river, basin, hydrology, regime, natural, anthropogenic, modern, analysis, assessment, equation.

Based on the analysis of information and analytical materials of the Main Administration of the USSR Hydrometeorological Service, RGP «Kazgidromet» and the «Aral-Syrdarya Basin Inspectorate for Regulation of Use and Protection of Water Resources», the Committee on Water Resources of the Ministry of Agriculture of the Republic of Kazakhstan has estimated the anthropogenic flow change in the lower reaches of the Syrdarya River on hydrological posts, with the determination of the coefficient of desiccation, characterized by a decrease in the carrying capacity of the river under the influence of not only changes in the hydrological regime of the river in the upper reaches, but also economic activities carried out in the catchments of the river basin.

53