МАКСИМАЛЬНЫЙ СТОК РЕК БАССЕЙНА НУРЫ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология № 1 2018

УДК 556.166

Канд. техн. наук Р.Г. Абдрахимов1 М.А. Канай1

МАКСИМАЛЬНЫЙ СТОК РЕК БАССЕЙНА НУРЫ

Ключевые слова: расход воды, хозяйственная деятельность, осадки, температура воздуха, водный режим, увлажненный период, многолетние величины, период наблюдений

Основное внимание в работе уделено результатам оценки максимального стока рек бассейна р. Нуры с учетом влияния хозяйственной деятельности и климатических изменений. Приводятся сведения о восстановленных рядах максимальных расходов воды, уравнениях регрессии, рассматриваемых связях годового стока пунктов рек бассейна Нуры. Выполнен анализ влияния климатических характеристик - температурного режима и количества осадков, на максимальный сток рек. Рассчитаны максимальные расходы воды бассейна рек Нуры различной обеспеченности.

Как известно, формирование максимального стока обусловлено комплексом факторов - метеорологических условий в осенне-зимний и весенний периоды, и характеристик географического ландшафта бассейнов рек. Хозяйственная деятельность и, в первую очередь, русловое регулирование стока так же оказывают значимое влияние на максимальные расходы воды.

Для рек бассейна Нуры анализ и расчет максимальных величин стока, несомненно, являются важной задачей. Однако, выполнение данной задачи осложнено следующими обстоятельствами. Значительная изменчивость стока рек Центрального Казахстана связана с большими перепадами климатических характеристик данных от года к году. При этом, количество накопленного за зиму снега не всегда определяет величину максимальных расходов воды. Дружная весна, промерзание и осеннее увлажнение почв могут приводить к наводнениям на огромных территориях при средних показателях снегозапасов. Например, масштабное наводнение в апреле 2015 г. привело к затоплению большого количества населенных пунктов в 9 районах Карагандинской области. При этом снегозапасы не намного превышали средние многолетние показатели. Кроме того, значения максимальных расходов воды определяется с погрешностями, и требует

1КазНу им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан

более тщательных методов оценки расчетных величин, восстановленных значений при пропусках в наблюдениях.

Гидрологическая изученность рек бассейна Нуры и анализ хозяйственной деятельности использования и регулирования речного стока позволяют оценить надежность рядов максимальных расходов воды в пунктах наблюдений сети гидрометслужбы Казахстана. Так, в бассейне Нуры в разное время действовали порядка 70 пунктов наблюдений, продолжительностью от 1.. .2 до 84 лет. Наиболее качественные сведения о стоке собраны в створах р. Нура - с. Р. Кошкарбаева (Романовское), ж.-д. ст. Балыкты (Сергиопольское), с. Шешенкара (Пролетарское), с. Акмешит; р. Шерубайнура - рзд. Карамурын [3, 4]. Ряды максимальных расходов воды по данным пунктам служили опорными при восстановлении пропусков в наблюдениях и реконструкции коротких рядов наблюдений в расчетных створах рек рассматриваемого района.

В табл. 1 приведены данные о восстановленных значениях в рассматриваемых рядах максимального стока в пунктах наблюдения на реках бассейна Нуры. Указаны реки-аналоги и уравнения регрессии, принятые при реконструкции рядов максимальных расходов воды.

Таблица 1

Сведения о восстановленных рядах максимальных расходов воды на реках

бассейна Нуры

Период наблюдения

Уравнение регрессии

Я

Восстановленные годы

р. Байкожа - с. Бесоба (р. Нура - с. Балыкты)

1960. 1975,1977, у = 0,1372х + 6,7 0,83 1935.1959, 1976, 1981.1983, 1985.1990, 1978.1980, 1984,

1995. 2006 1991. 1994, 2007.2013

р. Нура - с. Шешенкара (р. Нура - с Балыкты) 1951.1973,1975.2013 у = 0,4361х + 42,3 0,86 1935.1950, 1974 р. Нура - с. Захаровка (р. Нура - с. Балыкты) 1981.1990, 1993, у = 0,5902х + 9,6 0,76 1935.1980, 1991.1992, 1995.2013 1994

р. Нура - с. Р.Кошкарбаева (р. Нура - с Балыкты) 1935.1943, 1945.2004, у = 1,2115х + 142 0,81 1944, 2005

2006.2013

р. Акбастау - с. Жанааул (р. Байкожа - с. Бесоба)

1955.1961, 1963.1975, у = 0,5223х + 0,11 0,80 1935.1954, 1962,

1981.1990 1976.1980, 1991.2013

Период наблюдения

Уравнение регрессии

я

Восстановленные годы

р. Шерубайнура - ниже 12 км от с. Аксу (Аюлы) р. Нура - с. Шешенкара 1968... 1990 у = 0,4487х + 12,5 0,83 1935...1967, 1991...2013 р. Коктал - п. Мийлыбулак (р. Акбастау - с. Жанааул) 1963.1975, 1981.1990, у = 0,6207х + 0,07 0,79 1935.1962, 1991.1994, 1995.1997 1998.2013

р. Шерубайнура - рзд. Кара Мурун (р. Нура - с. Захаровка) 1947.1950, 1957.2013 у = 0,7807х + 13,2 0,82 1935.1946, 1951.1956

р. Карамыс - с. Карамыс (р. Байкожа - с. Бесоба) 1950.1953, 1955.1990 у = 0,3273х + 1,92 0,84 1935.1949, 1954,

1991.2013

р. Сокыр - с. Акжар (р. Нура - с. Захаровка)

1948.1953, 1955.1964, у = 0,2435х + 5,21 0,86 1935.1947, 1954, 1965, 1966.1991, 1993.1997 1992, 1998.2013

р. УлькенКундызды - клх. Скобелевка (р. Нура - с. Балыкты) 1959.1990 у = 0,1622х + 6,70 0,88 1935.1958, 1991.2013

р. Куланотпес - свх. Щербаковский (р. Нура - с. Захаровка) 1962.1965, 1967.1998 у = 0,5695х + 22,3 0,83 1935.1961, 1966,

1999.2013

Примечание: *Река - створ (створ - аналог).

Хозяйственная деятельность в регионе связана с водоснабжением промышленных и сельскохозяйственных нужд. Значительную изменчивость стока рек бассейна влечет строительство водохранилищ, позволяющих регулировать естественный сток рек. В бассейне Нуры создано 21 водохранилище, из которых три относительно крупных: Самаркандское, Ынтымакское на Нуре и Шерубайнуринское на р. Шерубайнуре, левом притоке Нуры. Кроме того, с 1973 г. сток Нуры пополняется водами Ертиса (Иртыша) по каналу им. К.И. Сатпаева (Ертис - Караганда). Влияние водохранилищ и переброски стока на гидрологические характеристики р. Нуры приводятся в работах [1,2], где отмечаются заметные изменения в характеристиках годового, и особенно минимального стока в среднем и нижнем течениях р. Нуры за счет хозяйственной деятельности. Изменения в величинах максимального стока из-за зарегулированности реки выявлено не было. Максимальные расходы воды в среднем за период с 1933 по 1969 гг. составили 508 м3/с, а с 1970 по 2013 гг. снизились до 319 м3/с. В 1960 г. наблюдалась максимальная величина стока за весь период наблюдений - 1850 м3/с. Средний сток реки за этот год составлял

49,9 м3/с, при норме 20 м3/с. В 1941, 1948, 1949 годах максимальные расходы на реке достигали 1330, 1290 и 1720 м3/с соответственно, при среднегодовых величинах - 6,2, 51,6, 54,6 м3/с. Как видно, водность года, хотя в целом и определяет максимальный сток, но не гарантирует наивысшие значения расхода воды. Коэффициенты корреляции максимальных расходов воды и годового стока в пунктах с. Шешенкара и с. Р. Кошкарбаева равны 0,81 и 0,71 соответственно. Климатические изменения в данном регионе по М Караганды на примере средней годовой температуры воздуха и количества осадков за период с 1936 по 2016 гг. показаны на рис. 1, 2.

Рис. 1. Средняя годовая температура воздуха (а). Разностная интегральная кривая средних годовых температур воздуха (^ (ti

- tap. ))(б) по М Караганда.

Рис. 2. Годовое количество осадков (а). Разностная интегральная кривая годовых осадков(^ (Xj — Хср )) (б)по М Караганда.

Средняя годовая температура воздуха на фоне 1.3-летних колебаний сохраняет продолжительные периоды с тенденциями понижения или повышения. Так, с середины 30-х годов до 1954 г. заметно устойчивое понижение температуры воздуха, до величины 0,8 °С, при норме за этот период равной 2,31 °С. К 1963 г. средняя годовая температура воздуха возросла до 4,7 °С, а в 1969 г. снизилась до 1,1 °С. В дальнейшем, в среднем, наблюдалась тенденция повышения средних годовых температур воздуха при дос-

таточно значительных колебаниях их значений от года к году. Средние многолетние величины средней годовой температуры воздуха за периоды с 1955 по 1969 гг. и с 1970 по 2016 гг. соответственно равны 2,8 °С и 3,6 °С. Данные временные отрезки в общих чертах прослеживаются и по графику изменений количества годовых осадков (рис. 2) [5].

С середины тридцатых годов наблюдалась тенденция снижения количества осадков до 1951 г.(140 мм). Далее следует интенсивное повышение годовых осадков до 580 мм в 1958 г., а к 1974 г. заметен общий тренд к снижению величин до 212 мм. В последующем, при значительных ежегодных колебаниях годовых величин осадков, в среднем их количество возрастает. Средние многолетние значения годовых осадков изменялись с 287 мм в период с 1933 по 1951 гг. до 342 мм в период с 1952 по 1974 гг., и с 1975 г. по 2016 г. до 359 мм. Наглядно, засушливые и увлажненные периоды прослеживаются на примере суммарных кривых отклонений годовых величин осадков и средней температуры воздуха от их средних величин за рассматриваемые периоды наблюдений (рис. 1, 2). Видно, что изменения климатических характеристик имеют одинаковые синфазные циклы колебаний, отражающие периоды различной увлажненности региона. Так, с тридцатых годов до середины 50-х годов наблюдался длительный засушливый период. Далее до 1966 г. засушливая фаза сменилась увлажненным периодом, затем до середины 1980-х годов в регионе вновь наступила засушливая фаза. Начиная с 1976 г. наблюдается неизменный рост средних суточных температур воздуха при незначительных колебаниях их значений. Разностная интегральная кривая осадков при этом отчетливо начинает расти с 1999 г.

Принимая во внимание выше сказанное и исходя из анализа изменений суммарных интегральных кривых годового стока р. Нуры видим, что сток реки увеличивается с ростом количества осадков. Так, за периоды роста осадков в регионе, норма годового стока в верховьях реки у с. Шешенкара и в низовьях у с. Р. Кошкарбаева составляла соответственно: до 1960 г. - 2,90 м3/с, 17,7 м3/с; с 1961 - по 1990 гг. - 2,86 м3/с; 20,4 м3/с; с 1991 по 2015 гг. - 4,25 м3/с, 19,8 м3/с.

Увеличение стока в низовьях реки с 1973 г.связано с переброской воды в русло Нуры по каналу им. К.И. Сатпаева. В последние десятилетия сбросы по каналу существенно сократились. Кроме того, русловое регулирование стока рек бассейна Нуры, так же оказывает влияние на их естественный водный режим. Создание водохранилищ в бассейне началось в

1941 г. (Самаркандское на р. Нуре) и ряда водохранилищ в 50-е годы и продолжилось до 90-х годов. Рост средних многолетних величин количества осадков и как следствие годового стока р. Нуры в случае статистических показателей максимальных расходов воды рек рассматриваемого бассейнане приводит к их увеличению. Большая изменчивость максимального стока рек бассейна и хозяйственная деятельность не позволяет получать однозначные зависимости максимальных расходов воды от климатических характеристик. Так, норма максимальных расходов воды за те же временные периоды по р. Нуре и рекам ее бассейна уменьшается. При этом суммарные интегральные кривые максимального стока рассматриваемых рек бассейна имеют общую тенденцию снижения максимальных расходов воды (рис. 3).

Рис. 3. Суммарные интегральные кривые максимальных расходов воды рек бассейна Нуры. 1 - р. Куланотпес - свх. Щербаковский; 2 - р. Улькен Кундызды - клх. Скобелевка; 3 - р. Сокыр - с. Акжар; 4 - р. Акбастау -с. Жанааул; 5 - р. Карамыс - с. Карамыс; 6 - р. Шерубайнура - рзд. Кара Мурун; 7 - р. Коктал - п. Мийлыбулак; 8 - р. Шерубайнура - ниже 12 км от

с. Аксу; 9 - р. Нура - с. Акмешит; 10 - р. Нура - с. Бесоба; 11 - р. Нура -с. Р. Кошкарбаева; 12 - р. Нура - с. Шешенкара; 13 - р. Нура - с. Балыкты.

Однако, увеличение средних многолетних величин максимальных расходов воды за последние десятилетия отмечается в пунктах наблюдения рек, на которых влияние хозяйственной деятельности не отмечается. Например, в верховьях р. Нуры у с. Шешенкара и ж.-д. ст. Балыкты, на реке р. Карамыс - с. Карамыс. Таким образом, максимальный сток бассейна р. Нуры в настоящее время определяется не только естественными природными факторами, но и интенсивной хозяйственной деятельностью. В табл. 2 приводятся расчетные характеристики максимальных расходов во-

ды рек бассейна за временные периоды с выделенными климатическими характеристиками и за весь период наблюдений.

Таблица 2

Максимальные расходы воды рек различной обеспеченности в бассейне Нуры

Период наблюдения ч, м /с Расходы воды (м3/с)различной обеспеченности (%)

0,1 1 3 5 10 20

1935. ..2015 131 р. Нура - с. 1,10 891 Шешенкара 595 454 388 298 209

1935. ..1960 155 0,70 573 448 382 348 298 242

1961. ..1990 117 1,06 851 568 433 371 285 200

1991. ..2015 121 1,60 1590 957 669 530 356 207

1935. ..2015 209 р. Нура - ж.-д. ст. Балыкты 1,25 2340 1259 855 688 487 314

1935. ..1960 277 0,92 1160 974 849 779 662 504

1961. ..1990 138 0,70 591 439 361 324 270 211

1991. ..2015 224 1,67 2891 1763 1251 997 683 406

1935. ..2015 377 р. Нура - с. Р.Кошкарбаева 0,97 2652 1776 1361 1166 900 636

1935. ..1960 531 0,97 4272 2802 2115 1799 1354 927

1961. ..1990 374 0,67 1400 1091 930 849 730 596

1991. ..2015 220 0,96 1968 1268 948 788 584 387

1935. ..2015 35 р. Нура -1,16 246 с. Бесоба 163 124 105 80 56

1935. ..1960 45 0,87 307 202 154 131 100 69

1961. 1990 29 0,85 184 119 90 77 60 44

1991. ..2015 32 1,71 299 186 135 110 77 48

1935. ..2013 20 р. Акбастау 1,07 160 - с. Жанааул 104 78 65 48 32

1935. ..1960 23 0,89 94 78 69 62 53 41

1961. ..1990 25 1,07 194 126 95 80 60 40

1991. ..2013 11 0,92 46 39 34 31 26 20

1935. ..2013 20 р. Акбастау 1,07 160 - с. Жанааул 104 78 65 48 32

1935. ..1960 23 0,89 94 78 69 62 53 41

1961. ..1990 25 1,07 194 126 95 80 60 40

1991. ..2013 11 0,92 46 39 34 31 26 20

1935. р. Шерубайнура ..2013 66 0,83 - ниже 12 км от с. Аксу-Аюлы 431 286 218 187 143 100

1935. ..1960 91 0,73 417 303 247 219 181 140

1961. ..1990 61 0,75 335 225 175 150 117 87

1991. ..2013 44 0,92 314 200 149 122 89 58

1935. ..2013 15 р. Коктал - п. Мийлыбулак 1,33 144 91 66 54 38 24

1935. ..1960 14 0,89 87 59 45 39 30 22

Период наблюдения в, м /с СУ 3 Расходы воды (м /с)различной обеспеченности (%)

0,1 1 3 5 10 20

1961. .1990 20 1,28 154 112 88 75 57 36

1991. 2013 10,5 1,77 152 90 62 49 32 18

р. Шерубайнура - рзд. Карамурын

1935. 2015 139 1,10 1077 702 528 448 334 226

1935. .1960 159 0,89 820 612 498 442 357 265

1961. .1990 136 1,03 997 657 497 423 320 220

1991. 2015 123 1,48 1432 871 613 487 332 196

р. Карамыс - с. Карамыс

1935. 2013 16 1,11 102 66 50 42 32 22

1935. .1960 19,9 0,81 77 59 50 45 39 31

1961. .1990 17 1,30 153 98 73 60 44 29

1991. 2013 23 0,73 50 33 26 22 17 12

р. Сокыр - с. Акжар

1935. 2015 44 1,07 370 238 178 148 110 72

1935. .1960 46 0,90 322 211 159 135 101 69

1961. .1990 47 1,04 383 250 188 160 120 81

1991. 2015 37 1,34 302 219 171 146 108 67

р. Улкенкундызды - клх. Скобелевка

1935. 2015 46,7 1,10 362 236 177 150 112 76

1935. .1960 55 0,86 309 217 171 150 120 89

1961. .1990 40,6 1,12 315 205 154 131 97 66

1991. 2015 46 1,43 598 361 253 201 136 80

р. Куланотпес - свх. Щербаковский

1935. 2013 122 1,26 822 529 395 330 243 161

1935. .1960 113 0,91 704 478 369 318 249 177

1961. .1990 147 1,21 1247 807 605 509 377 253

1991. .2013 99 1,70 1235 750 529 420 286 168

Влияния водохранилищ, которые, несомненно, оказывают воздействия на максимальный сток р. Нуры и рек ее бассейна, в каждом конкретном случае сложно выявить из-за их количества, разных размеров и сроков создания. Как видно, коэффициент вариации максимального стока (Су) изменяется от 0,70 до 1,70. Коэффициенты асимметрии (С3) при выборе кривых вероятностей в большинстве случаев соответствуют величине 2СУ и изменялись от 1 до 3,0.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдрахимов Р.Г., Елтай А. Минимальный сток реки Нура. // ВЕСТНИК КазНУ. - Серия географическая. - 2016. - № 1(42). - С. 64-68.

2. Абдрахимов Р.Г., Елтай А. Характеристики годового и максимального стока реки Нуры // Гидрометеорология и экология. - 2016. - № 1. - С. 80-86.

3. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Выпуск 8. Бассейны рек Нура и Сарысу. - Алматы, 2001-2012 гг.

4. Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Вып. 1. Акмолинская область. Казахской ССР. - Л.: Гидромет-издат, 1958 - 790 с.

5. Чередниченко А.В., Чередниченко А.В., Чередниченко В.С. Временные ряды температуры и осадков. Статистический анализ. - Алматы: 2013. - 365 с.

Поступила 29.03.2018

Техн. гылымд. канд. Р.Г. Абдрахимов

М.Э. Канай

Н¥РА АЛАБЫ вЗЕНДЕРШЩ ЕЦ ЖОГАРГЫ АГЫНДЫСЫ

Tyumdi свздер: жогаргы агынды, су ег1м, шаруашыльщ ^ызмет, жауын-шашын, ауа температурасы, су режимi, ылгалды кезец, кепжылдыщ мелшер, ба^ылау кезещ

Нура алабы езендертщ ец жогаргы агындысына эсер ететт шаруашыльщ щызмет пен климаттыщ езгер1стердщ эрекеттщ нэтижелер1 щарастырылган. Нура езет алабы бекеттер1 бойынша щалпына келт1ртген ец жогаргы су emiMi щатарлары, регрессия mецдеулерi усынылаган. Температуралыщ режим мен жауын- шашын мeлшерiнiц ец жогаргы агындыга эсерi талданган. Нура езет алабы бойынша эр myрлi щамтамасыздыщтагы ец жогаргы су emiMi мэндерi есептелген.

Abdrakhimov R.G., Kanay M.A.

MAXIMUM FLOW OF THE NURA BASIN RIVERS

Keywords: maximum flow, water consumption, economic activity, precipitation, air temperature, water regime, moist period, perennial values, observation period

The main attention is paid to the results of the assessment of the maximum flow of the Nura basin rivers, taking into account the impact of economic activity and climate change. The article provides information on the restored series of maximum water flow rates, regression equations, and the links of the annual runoff of Nura river basins. The analysis of the influence of climatic characteristics - the temperature regime and the amount of precipitation, on the maximum river runoff is performed. The maximum water flow in the Nura river basin of various types of water supply is calculated.