CC BY
0УДК 556.18(282.247.423)
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-784-792
НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА
НИЖНЕГО УРАЛА
NEW RESULTS ON THE DETERMINATION OF ECOLOGICAL RUNOFF IN THE LOWER REACHES OFTHE URAL RIVER
Магрицкий Д.В.1,2 Magritsky D.V.12
1 Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия 2Институт водных проблем РАН, Москва, Россия 1 Department of Geography, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia 2Water Problems Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
E-mail: magdima@yandex.ru
Аннотация. Оценен месячный и годовой природоохранный сток р. Урал на границе России и Казахстана, необходимый для воспроизводства осетровых пород рыбы, сохранения биопродуктивности и биоразнообразия пойменных экосистем. Это потребовало нестандартных решений, в том числе на базе существующих отечественных подходов по определению критических и оптимальных (по отношению к пойменно-русловым экосистемам) величин именно для условий нижнего Урала. Еще одним новым результатом исследований стал анализ многолетней динамики максимальных уровней в низовьях Урала, частоты, продолжительности и глубины затопления поймы.
Ключевые слова: река, пойма, пост, сток и уровни воды, воспроизводство осетра, пойменная экосистема.
Abstract. The monthly and annual environmental runoff of the Ural river is estimated at the on the border of Russia and Kazakhstan, necessary for the reproduction of sturgeon fish species, preservation of bioproductivity and biodiversity of floodplain ecosystems. This required non-standard solutions, including on the basis of existing domestic approaches to determining critical and optimal values for the conditions of the lower Ural River. Another new result of the research was the analysis of the long-term dynamics of maximum levels in the lower reaches of the Urals, the frequency, duration and depth of floodplain flooding.
Key words: river, floodplain, gauge, water runoff and levels, sturgeon reproduction, floodplain ecosystem.
Справедливое, рациональное и экологически безопасное трансграничное водопользование предполагает поддержание граничащими государствами такого стока и режима реки, которое не ограничивало бы функционирование основных участников водохозяйственного комплекса, не наносило бы хозяйственной деятельности, населению, объектам социально-хозяйственного комплекса, водным и околоводным экосистемам значимого ущерба, сохраняло бы реку как гидрографический объект, поддерживало бы ее водно-ресурсный, рельефообразующий и экологический потенциал. Но необходимо научное обоснование и конкретные значения, или по меньшей мере разумные границы требований по величине стока -в целом за год и в отдельные его сезоны, причем для лет базовой водности.
Трансграничная река Урал пример того, как эти правила жизненно необходимы, однако до сих пор не выработаны и не утверждены Россией и Казахстаном. Мало того, в условиях начавшегося с 2008 г. глубокого маловодья это создает определенные сложности, поскольку наблюдаемое обмеление в низовьях Урала, ухудшение навигационной обстановки и качества воды, остепнение пойменных массивов и снижение продукции осетровых пород рыб несправедливо связывают с существованием и эксплуатацией Ириклинского водохранилища и, в целом, деятельностью водохозяйственного комплекса в российской части бассейна.
Причин отсутствия правил несколько. Одной из них является незнание реальных потребностей в воде водохозяйственного комплекса казахстанского участка реки, их изменения в будущем. Конечно, есть традиционные водопользователи, такие как промышленность и теплоэнергетика, орошаемое земледелие и поддерживающие его оросительно-обводнительные каналы, коммунальное хозяйство гг. Уральск, Атырау и многочисленных сельских поселений, речной транспорт, потребности которых оцениваются стандартными методами. Пример таких
расчетов приведен в опубликованных ранее [1], а также в «Схемах комплексного использования и охраны водных ресурсов реки Урал», или СКИОВО [2]. Но есть еще один очень важный, не всегда официально признаваемый участник водохозяйственного комплекса - рыбное хозяйство и природоохранная отрасль. Речь идет о поддержании биопродуктивности и биоразнобразия пойменных природных комплексов, воспроизводстве основных представителей ихтиофауны нижнего Урала. Обеспечение этих условий требует повышенных расходов воды, да еще весной - в период наполнения крупных водохранилищ в бассейне. Они до сих пор научно не обоснованы и нормативно не закреплены, поскольку, во-первых, необходим большой объем самых разнообразных данных - от гидрологических до биологических, во-вторых, нет признаваемых обеими сторонами методов расчета.
Собранные автором материалы по рассматриваемому объекту, в том числе во время двух экспедиций в 2019 г., результаты ранее проведенных исследований, работы других специалистов позволили выработать некоторые подходы по расчету не только объемов речных вод, необходимых социально-хозяйственному комплексу, но и водным и околоводным экосистемам. Именно они, а также итоги их реализации составляют суть этой статьи, но не как догма, а как основа для дальнейших исследований и выработки приемлемых решений, устраивающих обе стороны, сохраняющих уникальную природную систему нижнего Урала.
Материалы и методы. Обеспечение урожайного и высокоурожайного воспроизводства осетровых пород рыб, поддержание биопродуктивности и биоразнобразия пойменных природных комплексов, по сути азональных для окружающих их сухих степей и полупустыни, требует повышенных расходов воды, главным образом во время весеннего половодья. Во время таких расходов: 1) происходит затопление и обводнение пойменных угодьев, благотворно влияющее на состояние почвенно-растительного покрова (плодородие и засоленность почв, флористическое разнообразие и др.), сохранение кустарников и деревьев - редких для сухостепной и полупустынной природных зон, продление «жизни» пойменных водоемов, 2) обводняются нерестилища рыб с сохранением в течение необходимого времени нужных глубин и скоростей течения, промываются зимовальные ямы, 3) промывается и очищается от антропогенного и естественного мусора русло, удаляются накопившиеся в донных отложениях загрязняющие вещества.
Исходными данными для количественного нормирования таких условий могут быть:
— высотные отметки поймы, продолжительность и глубина ее затопления (с учетом видового состава доминирующих на пойме растений);
— местоположение и морфологические характеристики основных осетровых нерестилищ по длине казахстанского участка р. Урала со знанием их высоты, сроков, продолжительности и глубины затопления. Дополнительным аргументом служит температура воды, по которой также необходимы сведения;
— эмпирические связи между водностью года и отдельно половодья, с одной стороны, и продуктивностью пойменных биоценозов, количеством икринок осетровых, поголовьем молоди и производителей, и т.п., с другой, опубликованные в научных трудах или отчетах сотрудников рыбохозяйственных и природоохранных институтов.
Обязательным условием здесь выступает соотнесение большей части этой информации с расходами воды в створе р. Урал на границе России и Казахстана.
Сведения о расходах воды брались для постов в г. Оренбург, п. Январцево, с. Кушум и с. Тополи / п. Махамбет, расположенных на р. Урал, а также для постов на притоках - в с. Каргала на р. Сакмара, с. Чилик на р. Илек, с. Григорьевка на р. Утва и Ясная Поляна на р. Кинделя. По среднесуточным уровням воды использованы данные наблюдений в г. Оренбург, с. Илек, п. Январцево, г. Уральск, с. Кушум и с. Тополи. Сведения об отметках выхода воды на пойму также взяты для участков постов (таблица 1). К сожалению, не удалось узнать такую отметку для поста Январцево. Расчет повторяемости, продолжительности и глубины затопления поймы был выполнен путем сравнительного анализа графиков внутригодовых колебаний среднесуточных уровней, построенных за каждый год, и критических отметок.
Вторым информационным источником стали материалы двух экспедиций МГУ имени М.В. Ломоносова в марте и июле 2019 г., охватившие р. Урал от г. Уральска до Каспийского моря. Они были организованы на средства и при поддержке Международного научного комплекса «Астана», Акимата Атырауской области. Подробно о них изложено в [1]. Третий источник данных - материалы от региональных подразделений республиканских ведомств и министерств Республики Казахстан, Казгидромета, Казводхоза и КазНИИРХа, структур
исполнительных органов Атырауской и Западно-Казахстанской областей. Четвертый блок составили многочисленные сведения из монографий, научных и научно-популярных статей, с интернет-ресурсов, тематические карты и т.п.
Таблица 1
Критические значения уровней воды, в см над нулем поста
Пункт Отметки уровня, см Примечание
выхода воды на пойму полного затопления поймы
Январцево - - Правобережная пойма узкая, левобережная широкая. Ширина поймы 5-6 км
Уральск 600/620л - Пойма левобережная, заливается на ширину 5 км в средние по водности годы, в многоводные -полностью на 10-12 км
Кушум 600л/510 900-950л Пойма преимущественно левобережная, заливается на ширину 5-6 км с глубиной 2-4,5 м
Мергеневский 1040л - Пойма преимущественно левобережная, шириной 6-7 км, затапливается с глубиной до 3 м
Тайпак (Калмыково) 950л/960л - Пойма преимущественно левобережная, заливается на ширину 6-8 км
Индебор 1070 - Пойма правобережная
Тополи 450л 914л Левобережная пойма имеет ширину 3,5 км
Махамбет - - Левобережная пойма имеет ширину 1,5 км. Пойма в многоводные годы затапливается
Атырау 220 - В многоводные годы выше поста левый и ниже поста правый берег заливается на ширину до 120-150 м
Примечание: «л» - означает затопление левобережной поймы.
Важным моментом стала разработка инструментария для оценки так называемого экологического стока. В СССР, а затем в России и странах СНГ вопросами экологического стока занимались Б.В. Фащевский, В.Г. Дубинина и их коллеги [3-5]. Была научно обоснована и введена в употребление своя система понятий, обозначающих некое обязательное количество воды в реке, остающееся от естественного стока, которое необходимо для обеспечения экологического благополучия водного объекта, его обитателей и околоводных экосистем, сохранения восстановительного потенциала экосистемы, а также для поддержания необходимых условий водопользования. Систематическое снижение стока воды ниже этих величин ведет к тем или иным негативным последствиям. Одним из примеров того, как выглядит стремление к гидроэкологическому благополучию путем оптимизации внутригодовых колебаний расходов и уровней воды в зарегулированной реке, показан в работе Майка Акремана [6]. Подобные решения уже применяются в США, зарубежной Европе, Китае, Мексике, Австралии, Южной Африке и др.
При обосновании критических расходов воды этими научными коллективами предлагались два подхода. Первый предполагал исследование связей биологических и гидрологических показателей состояния водной и околоводной экосистем, позволявших обосновывать пороговые величины стока, уровней воды, скорости течения (не ниже 0,5-0,6 м/с) и еще ряда гидрологических характеристик. Это - наиболее обоснованный подход, но адаптируемый под конкретную реку и требующий большого массива гидрологических и редких данных по состоянию биоценозов за многолетний период. Хороший пример таких связей приведен для нижнего Дона [4] и для р. Шу [7]. Именно на него опирался автор настоящей статьи. Второй подход, как упрощение первого и более универсальный, может ограничиться использованием лишь гидрологических данных. Экологический сток (ЭС) определяется как:
ЭС = ЕС(р%) - ДИ = ЕС(р%) - (КС (р =97%) - ИС (р =99%)), (1)
где ЕС - естественный сток, привязанный к обеспеченности (р%), или в годы различной водности, ДИ - объемы допустимого безвозвратного изъятия речных вод, после которых в реке сохраняются условия устойчивого и безопасного функционирования водных и околоводных экосистем, КС - критический (для экосистем и гидрографических объектов) сток, ИС -
исторически минимальный объем стока, принимаемый для условий 99% обеспеченности. КС может быть найден через расход начала затопления поймы, определение объема стока половодья для лет, когда этот расход не превышался (КСП), соответствующий ему критический годовой объем стока (КСГ-^КСП) и обеспеченность КСГ. В случае незнания связей между биологическими и гидрологическими параметрами экосистем, КС разрешено принимать 97%-ной обеспеченности. ДИ принимается постоянным для различной водности с объемом стока выше базового стока (БС=КС+ДИ). Внутригодовое распределение ЭС в годы разной обеспеченности рассчитывается в соответствии с их гидрографом условно-естественного стока. Предложения В.Г. Дубининой и др. использованы при разработке «Методических указаний по разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты» [8]. Массово они были реализованы при составлении бассейновых СКИОВО - в середине 2010-х гг.
Есть еще одно важное понятие в системе терминов, относящихся к экологическому стоку, - это минимально допустимый расход воды, который должен оставаться в реке для поддержания водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям. Для нижнего бьефа водохранилищ его обозначают как «санитарный попуск». О нем говорится в «СанПиН 3907-85. Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ» и в письме Министерства природных ресурсов РФ от 17.01.1997 г. № НМ-53/163 «О Временных методических рекомендациях по установлению минимально допустимых расходов воды». Во втором документе указано, что «...при отсутствии обоснований для рек или их участков, имеющих рыбохозяйственное значение, минимально допустимые расходы воды принимаются для меженного периода не ниже минимального месячного расхода 95% обеспеченности, а для периода половодья не ниже 75% от месячных расходов низкого половодья 95% обеспеченности по объему, но не менее минимально допустимого расхода для меженного периода.». Важно, что согласно [7], в Казахстане это правило тоже действует.
Результаты и их обсуждение
Расчет минимально допустимого стока. При его расчете были использованы рекомендации МПР РФ № НМ-53/163 от 17.01.1997 г. для рек или отдельных участков, имеющих особо важное рыбохозяйственное значение. Вначале стандартными методами, согласно рекомендациям СП 529.1325800.2023, было рассчитано в БД «ГИДРОРАСЧЕТЫ» внутригодовое распределение стока по месяцам для года 95%-ной обеспеченности. При этом использованы месячные данные за 1938-1968 гг. (условно-естественный период) и объединяющие сток рек Урал (пост Оренбург), Сакмара (Каргала), Илек (Чилик), Утва (Григорьевка) и Кинделя (Магнитострой), т.е. с территории 154,5 тыс. км2. Причем месячные расходы воды были пересчитаны с учетом времени добегания до поста Январцево - по среднесуточным расходам воды. Для постов Оренбург и Каргала это время составило —11-12 суток, для Чилика - в среднем 7-8 суток. К этому стоку был добавлен сток с водосбора (—18900 км2), расположенному между упомянутыми постами и государственной границей (пост Январцево), рассчитанный по методике для случаев отсутствия данных и для р = 95%. Для расчета минимально допустимого стока во время половодья (IV-VI) объединенные месячные объемы перемножались на 0,75. Итоги расчета минимально допустимого, или по сути базисного экологического стока, ниже которого подачу воды в русло нижнего Уралу нормативно снижать не рекомендуется, приведены в таблице 2.
Таблица 2
Величины расчетного минимально допустимого и природоохранного стока
Вариант Месяцы Год
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Минимально допустимый (санитарный) сток
1а 29,0 20,2 19,3 410 640 190 100 70,2 59,2 56,0 60,0 41,1 1695
Весенний сток оптимальный для ихтиофауны и почвенно-растительного покрова поймы
1б 0 0 0 1400 4770 1370 0 0 0 0 0 0 7540
2б 0 0 0 1140 3810 1100 0 0 0 0 0 0 6050
3б 0 0 0 1590 2420 565 0 0 0 0 0 0 4575
Базисный экологический сток не способствует нормальному воспроизводству осетровых пород рыб и обводнению поймы. Последнее, при таких расходах воды, по сути и не происходит.
Достижение ранее заявленных целей возможно лишь при больших и продолжительных расходах, но главным образом во время половодья.
Расчет экологического стока. Для казахстанского участка Урала расчеты экологического стока ранее выполнялись. Их результаты опубликованы в работе [7]. Но использован подход, базирующийся только на гидрологических данных, без учета гидрологических и водно-биологических особенностей нижнего Урала, и данные по посту Кушум, расположенному далеко от верхней границы казахстанского участка р. Урал и ниже мощных водозаборов г. Уральска и Кушумского канала. Согласно этим расчетам, экологический сток за год для обеспеченностей 25, 50, 75 и 95% соответствует величинам 8,76, 6,3, 4,0 и 3,45 км3. Дано его распределение по месяцам. В [2] приведены среднемноголетние показатели воспроизводства белуги, осетра и шипа за период 19902006 гг., привязанные к разным по водности годам. Отмечено, что наиболее низкая эффективность воспроизводства осетровых пород рыб фиксируется при объеме годового стока в среднем менее 3,5 км3. В маловодные годы проход на нерест белуги, осетра и шипа уменьшается в среднем на 52, 57 и 38%, по сравнению с многоводными годами, средняя масса скатившейся обратно в море молоди -соответственно на 25, 29 и 74%.
Автор настоящей статьи, как уже ранее отмечено, при расчете экологического стока, во-первых, ограничился только месяцами весеннего половодья (с апреля по июнь), во-вторых, за основу взял эмпирические обеспеченности между гидрологическими характеристиками и биологическими показателями, в-третьих, оцененный экологический сток был определен именно для створа на реке вблизи границы России и Казахстана - у п. Январцево.
Согласно данным Института степи УрО РАН (г. Оренбург) [9], их обновленной (в 2023 г.) версии и сведениям из [10], выше г. Уральска расположено 24 нерестилища (по состоянию на 19811982 гг.), от г. Уральска до дельты - 68. Их местоположение известно. Правда, за 12 лет - с 2004 по 2016 г. - было потеряно 761,3 га нерестилищ, или 82% [10]. Это притом, что с 1985 г. площадь нерестилищ уже сократилась на 208 га [11]. Похожие тенденции отмечены и выше г. Уральска. Эффективными нерестилищами считаются русловые, сложенные средним и крупным аллювием, с хорошими скоростями течения. Выше г. Уральска площадь русловых нерестилищ равна 77% от общей, ниже по течению доля русловых нерестилищ была в 2016 г. 82,5%. То есть русловых нерестилищ большинство, и это обеспечивает приемлемый уровень воспроизводства осетровых пород рыб даже при низких половодьях. Остальные нерестилища размещаются на пойменных берегах и требуют затопления более высокими расходами воды. Но маловодные годы неблагоприятны не только исключением пойменных нерестилищ из процесса воспроизводства, но также, во-первых, большим выеданием другими рыбами икры, отложенной осетрами на русловых нерестилищах, поскольку в этом случае концентрация икринок на один гектар увеличивается [11]. Во-вторых, в маловодные годы большая часть пополнения осетра скатывается на стадии личинок, что с учетом дополнительного воздействия высоких температур (до 25°С) и повышенной солености приводит к повышенной степени гибели осетрят в предустьевом пространстве моря.
Период, в течение которого требуются повышенные расходы воды, начинается с момента подхода осетра к устью Урала, реагирующего на весеннее распреснение взморья и нагрев воды, и с заходом рыбы в реку. Массовый весенний ход русского осетра, самого распространенного (наряду с севрюгой) здесь представителя осетровых, происходит в среднем во второй половине апреля -первой декаде мая [11]. Помимо времени на проход рыбы вверх по течению реки (до нерестилищ), расчетный период включает время на откладывание икры (в среднем 5-10 суток), развитие предличинок (~10-14 суток) и скатывание к морю, которое начинается с середины мая. Необходимо понимать, что есть и другие формы осетровых пород рыб, которые нерестятся в другие сезоны года. Но весенняя форма самая многочисленная.
Были построены зависимости количества, скатившейся к устью Урала молоди и прошедших вверх по течению на нерест производителей осетра от сумм среднемесячных расходов воды за апрель-июнь на посту Январцево (рисунок 1). Рыбохозяйственные показатели заимствованы из [11, 12]. Они охватывают период с 1972 по 2009 гг., т.е. с антропогенно нарушенными условиями воспроизводства осетровых, но вне современного маловодного периода, Построенные зависимости оказались неоднозначными, и высокоурожайные (ВУ) и урожайные (У) условия для осетра (с обеспеченностью поголовья производителей и малька в диапазонах <25 и 25-50% по рекомендациям из [4]) достигаются в определенных диапазонах суммарного за апрель-июнь водного стока. Они соответствуют обеспеченностям объемов стока за половодье в среднем 20-70% и 15-90% (для условий естественного стока). Пик достигается при обеспеченностях ~30-45%, т.е. в средние по водности половодья. Второй вывод - численность производителей осетра, прошедших на нерест, с
1994 г. явно сократилась. И причина - не в малой водности реки и низких половодьях, поскольку маловодный период начался намного позже, а в браконьерском вылове в постсоветский период [11]. Это положение стало административными мерами исправляться лишь в XXI в., но с 2008 г. ухудшились гидрологические факторы воспроизводства - наступило длительное маловодье. Третий вывод, как развитие предыдущего тезиса, - между численностью производителей и скатившейся молоди существовала до 1994 г. вполне определенная прямая связь. После она нарушилась.
Рисунок 1. Зависимости количества скатившейся в устье р. Урал молоди (а) и прошедших на нерест (вверх по течению) производителей осетра (б) от суммы среднемесячных расходов воды за апрель-июнь на посту Январцево.
Данные по осетровым за 1972-2009 гг. взяты из работ [11, 12]. Условные обозначения: 1 -данные до 1993 г., 2 - данные, начиная с 1994 г., 3 - верхняя огибающая, ВУ - высокоурожайные условия, У - урожайные.
Еще один природный водопользователь - это обширные поймы нижнего Урала (с древними дельтами) и их экосистемы [13-15]. Сокращение продолжительности, площади и частоты затопления поймы ухудшает плодородие почв, снижает продуктивность и видовое разнообразие пойменных фитобиоценозов [16-18]. Причем в засушливых районах и на засоленных отложениях Прикаспийской низменности негативный эффект усиливается. Но каких-то, даже общих рекомендаций и тем более предметных научных исследований в отношении критических и оптимальных величин затопления поймы р. Урал обнаружить не удалось. И, вероятнее всего, единого мнения в этом вопросе быть не может, поскольку велика роль местных факторов. Тем не менее, некоторые решения выработать можно, если взять за основу результаты исследований связи параметров лиманного орошения с продуктивностью естественных сенокосов в похожих по своим физико-географическим условиям районах. Такие ценные сведения почерпнуты из работ [17, 19-23]. По итогам анализа этих и других работ, из бесед со специалистами следует, что минимальный срок затопления поймы 4-7 суток, максимальный - 30-40 суток. Оптимальная продолжительность затопления, вероятно, находится в диапазоне от 20 до 30 суток. Такой режим затопления допускает существование большинства кустарников, древесных пород (редких для этой природной зоны) и пойменного травостоя. В то же время, если лиманы, как элемент гидротехнической системы, можно опорожнить довольно быстро, то освобождение поймы от разлившихся речных вод - это инерционный природный процесс, который человеком не контролируется. То есть продолжительность затопления поймы, определяемую по положительной разности уровня в реке и отметки бровки поймы, следует закладывать меньше, возможно начиная от 10-15 суток. Рост температур воздуха и вышедшей на пойму воды требует снижения продолжительности и глубины затопления. Особенно неблагоприятен этот фактор в конце затопления. Оптимальная глубина затопления начинается от 0,1-0,3 м. Наиболее оптимальным и экономически целесообразным для затопления пойменных лиманов признается сток 25%-й обеспеченности.
Чтобы оценить необходимые расходы воды, были определены высотные отметки начала затопления поймы на участках постов; величины продолжительности и глубины затопления пойм за каждый год и за многолетний период; построены графики связи их с суммой расходов воды за апрель-июнь, соответствующих створу поста Январцево (рисунок 2), хронологические графики (рисунок 3), рассчитана многолетняя повторяемость выходов речных вод на пойму.
80 70 ■ Т, сут. а Уральск 350 300 й,см б 1 * •
60 ■ 50 ■ 40 ■ 30 ■ 20 ■ 10 ■ ♦ ^^ '/Г* ' /к /• г /* 1 * 1 2 § * * ♦ * ----♦ — • ♦ 1 Ю|1/Л/|,М3/С 250 200 150 100 50 0 / » Л* 2 • ■
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
80 ■ 70 ■ 60 ■ 50 ■ 40 ■ 30 ■ 20 ■ 10 ■ Т, сут. * * • -Г' Д/. • 2 • • • ♦ * Кушум ♦ . 1(3|у.дг|,Мэ/С Ы)0 450 400 350 300 250 200 150 100 50 й, см * ♦ 'т Г ' • 2 ♦ -* 1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 6000
ооооооооо Г,сут. Тополи * ♦ А/ ♦ 7 / + ♦/ * / ♦ / • • А ♦ ♦ ♦ ♦ Ш|УЛ(|,м3/с 600 ■ 500 ■ 400 ■ 300 ■ 200 ■ 100 ■ Л,см Л* **/** * * ♦ 1 ♦ ^ Ш[\/_у|,М3/С
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 ВООО
Рисунок 2. Зависимости продолжительности (а) и глубины (б) затопления поймы в низовьях р. Урал от суммы среднемесячных расходов воды на постах Оренбург, Татарская Каргала и Веселый Первый.
Условные обозначения: 1 - данные до 1974 г., 2 - данные, начиная с 1975 г.
Установлено, что затопление поймы р. Урал происходило не каждый год: в среднем 1 раз за 2 года. На каких-то участках затопление наблюдалось чаще. За период 1912/1936-2021 гг. доминирует тенденция снижения повторяемости и масштаба затопления поймы. Причем оно фиксируется намного раньше пуска Ириклинского гидроузла - примерно с середины 1930-х гг. Именно в этот период резко снижается сток соседней Волги и падает уровень Каспия [24]. Новое резкое уменьшение соответствует началу глубокого современного маловодья - с 2008 г. Средняя продолжительность затопления поймы составляет 30-40 сут.; максимальная - 2-2,5 мес. В верхней части рассматриваемого участка Урала затопление поймы начинается в середине -начале третьей декады апреля, в нижней - в конце апреля - начале мая.
В итоге, если принимать оптимальную продолжительность затопления поймы в диапазоне 20-30 суток, а глубины - от 0,5 до 1 м, то им будут соответствовать объемы стока за половодье обеспеченностью от 30 до 50%, с учетом связей между параметрами затопления поймы и суммой месячных расходов воды. Если же рассматривать связи между показателями численности осетровой молоди и параметрами затопления поймы, то наилучшие условия формируются при затоплении поймы на 30 суток и глубиной до 1 м (р=30-40%). Таким образом, установлено, что наиболее благоприятные экологические условия, при учете интересов как водных, так и околоводных экосистем, соответствуют стоку половодья 30-50%-ной обеспеченности. Поскольку не каждый год можно удерживать весенний сток на столь высоком уровне, обоснование диапазона благоприятных гидрологических условий позволяет более эффективно и с минимальным ущербом для ихтиофауны и почвенно-растительного покрова регулировать максимальный сток. Зная распределение стока по месяцам в годы с половодьем соответствующей обеспеченности, был рассчитан гидрограф с апреля по июнь для р=35% (вариант № 1б) и р=50% (вариант № 2б) (таблица 2). Также был рассчитан вариант 3б для р=70%, т.е. когда пойма почти не затапливаются, но поддерживаются урожайные условия для воспроизводства осетра.
Рисунок 3. Многолетние колебания максимального уровня (а), продолжительности (б) и глубины (в) затопления поймы р. Урал, с 1912 по 2021 гг.
Заключение. На основе обширных и достоверных гидрологических и биологических данных, принимая во внимание результаты предыдущих исследований, прежде всего связанных с разработкой Б.В. Фащевским, В.Г. Дубининой (и их коллегами) «Методики расчета экологического стока рек», а также используемые в водохозяйственных расчетах подходы был впервые приблизительно оценен месячный и годовой сток р. Урал на границе России и Казахстана, который бы не ухудшал условия существования водных и околоводных биоценозов, сохранял бы реку как гидрографический объект, и др. Предложено несколько вариантов.
Статья подготовлена в рамках темы № FMWZ-2022-0001 Государственного задания ИВП РАН.
Список литературы
1. Магрицкий Д.В., Ефимова Л.Е., Гончаров А.В., Кенжебаева А.Ж. Особенности современного водопользования в нижнем течении р. Урал, его проблемы и гидроэкологические последствия // Вопросы степеведения. 2022. № 1. С. 28-49.
2. Схема комплексного использования и охраны водных ресурсов реки Урал (Жайык) с притоками / ПК «Институт Казгипрводхоз». Отчет в 6 т. и 11 кн.; Л.А. Малый, Д.Г. Рымкулова, Г.А. Сафонов и др. Алматы, 2007.
3. Дубинина В.Г. Методические основы экологического нормирования безвозвратного изъятия речного стока и установления экологического стока (попуска). М.: Экономика и информатика. 2001. 118 с.
4. Дубинина В.Г., Косолапов А.Е., Скачедуб Е.А., Коронкевич Н.И., Чебанов М.С., Методические подходы к экологическому нормированию безвозвратного изъятия речного стока и установлению экологического стока (попуска) // Водное хозяйство России. 2009. № 3. С. 26-61.
5. Фащевский Б.В. Экологическое обоснование допустимой степени регулирования речного стока. Минск: БелНИИНТИ, 1989. 51 с.
6. Acreman M. Environmental flows - basics for novices // WIREs Water. 2016. P. 1-7. DOI: 10.1002/wat2.1160.
7. Научные основы нормирования экологического стока рек Казахстана / под ред. М.Ж. Бурлибаева. Алматы: Изд-во «Каганат», 2014. 408 с.
8. Методические указания по разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты. М., 2007. 56 с.
9. Паспортизация нерестилищ осетровых рыб на среднем плесе р. Урал: отчет о НИР (окончат.) / Оренб. сельскохоз. ин-т. Оренбург, 1983. 146 с.
10. Нерестилища осетровых рыб р. Жайык. Атлас. Алматы, 2017. 157 с.
11. Камелов А.К. Современное состояние популяции русского осетра р. Урал и мероприятия по ее восстановлению: Автореф. Дисс. ... канд. биол. наук. Астрахань, 2004. 24 с.
12. Исбеков К.Б., Камелов А.К., Асылбекова С.Ж., Куликов Е.В., Кадимов Е.Л. Современное состояние естественного воспроизводства осетровых рыб в реке Урал // Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное хозяйство. 2018. № 2. С. 81-88.
13. Кокин П.П. Гидрология среднего и нижнего течения реки Урала // Труды Казахст. филиала АН СССР. Вып. 11. Т. 2. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1938. С. 87-152.
14. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 12. Нижнее Поволжье и Западный Казахстан. Вып. 2. Урало-Эмбинский район. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 511 с.
15. Чибилев А.А. Бассейн Урала: история, география, экология. Екатеринбург, 2008. 312 с.
16. Барышников Н.Б. Морфология, гидрология и гидравлика пойм. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 280 с.
17. Комиссаров А.В. Оптимизация водного режима почв и минерального питания многолетних трав и пропашных культур в агроэкологических условиях Южного Урала: Автореф дис. ... д-ра с.-х. наук. Уфа, 2016. 42 с.
18. Сурков В.В. Динамика природных комплексов поймы верхней Оби в условиях сокращения ее затопления // География и природные ресурсы. 1998. № 2. С. 102-109.
19. Биримкулова Б.А. Совершенствование конструктивных элементов и технологии затопления пойменных лиманов Центрального Казахстана: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Алматы, 2009. 24 с.
20. Кириллов А.В. Лиманное орошение - средство повышения урожайности сеяных трав // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008. № 3 (19). С. 42-45.
21. Нежиховский Р.А. Наводнения на реках и озерах. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 183 с.
22. Онаев М.К., Турганбаев Т.А., Сапарова Н.А. Продуктивность естественного травостоя на инженерных лиманах при многолетней эксплуатации // Мелиорация и водное хозяйство. 2013. № 1. С. 5-7.
23. Туктаров Б.И., Мосиенко Н.А. и др. Интенсификация производства кормов на лиманах Саратовской области: Рекомендации. Саратов, 1997. 41 с.
24. Устья рек Каспийского региона: история формирования, современные гидролого-морфологические процессы и опасные гидрологические явления / под ред. В.Н. Михайлова. М.: ГЕОС, 2013. 703 с.
