CC BY
18НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология №2 2014
УДК 556. 555
Канд. геогр. наук В.В. Голубцов *
А.А. Кишкимбаева * М.Т. Садуокасова **
О СОКРАЩЕНИИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОЗЕР ЩУЧИНСКО-БОРОВСКОЙ КУРОРТНОЙ ЗОНЫ
КЛИМАТ, ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА, ДЕФИЦИТ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА, АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ, ИСПАРЕНИЕ С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ИСПАРЕНИЕ СНЕГА, ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ
Рассматривается влияние изменения климата и хозяйственной деятельности на сокращение водных ресурсов озер Щучинско-Боровской курортной зоны. Проведен анализ уменьшения морфо-метрических характеристик озер за период с середины 20 века до начала 21 века. Выполнена оценка дефицита водных ресурсов озер Щучинско-Боровской курортной зоны.
Исследование озер Щучинско-Боровской курортной зоны (ЩБКЗ) впервые было произведено в 1956.. .1958 гг. Государственным Гидрологическим Институтом [3]. При проведении этих исследований были определены морфометрических характеристики озер, их максимальные и минимальные уровни за предшествующий период, а также характеристики их водного и ледового режима. По результатам этих исследований определены элементы водного баланса семи озер ЩБКЗ: Улкен Шабакты, Киши Шабакты, Бурабай, Катарколь, Жукей, Шортан и Майбалык. Определение морфометрических характеристик 3 озер - Текеколь, Сулуколь и Карасье, входящих в ЩБКЗ, для 1956 г. было произведено позже по литературным источникам [5] и методам аналогии. Суммарная площадь всех 10 озер относящихся к рассматриваемой системе ЩБКЗ составляет 99 км2.
В 2011.2013 гг. РГП «Казгидромет» обследовал озера ЩБКЗ с определением их площадей и высотных уровней. Сопоставление площадей озер в середине 20 века (1956 г.) и в начале второго десятилетия
* Казгидромет, г. Алматы
** КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы
97
21 века (2012 г.) показало их существенное сокращение с 99 до 79,4 км2. В связи с этим возникла необходимость проведения исследований по установлению причин, изменения характеристик водного баланса озер ЩБКЗ в условиях современного климата и хозяйственной деятельности.
Состояние озер ЩБКЗ в основном определяется климатическими условиями. В первую очередь, количеством атмосферных осадков и величиной испарения, зависящего от температуры и дефицита влажности воздуха. Для анализа причин сокращения уровня, площади и объема озер необходимо оценить тенденцию изменения количества атмосферных осадков и температуры воздуха в рассматриваемом регионе.
На рис. 1 приведена разностная интегральная кривая годовых сумм осадков для М Щучинск за 1935...2012 гг.
Е(Ы-1)/Су
5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5
Год
Рис. 1. Разностно-интегральная кривая годовых сумм осадков МЩучинск
за 1935...2012 гг.
Эта кривая указывает на отсутствие определенных, как положительных, так и отрицательных тенденций изменения увлажнения. За рассматриваемый период, колебания годовых сумм осадков составляют всего 8 %. Поэтому, следует полагать, что уменьшение рассматриваемых характеристик озер не связано с величиной атмосферных осадков.
На рис. 2 показана разностная интегральная кривая среднегодовой температуры воздуха для М Щучинск за 1935.2012 гг. Эта кривая показывает, тенденцию увеличения среднегодовой температуры воздуха на 1,0.1,5 °С. В ходе анализа интегральной кривой, приведенной на рис. 2 было выделено 3 периода:
98
1-й период длиной в 38 лет (1935.1973 гг.), характеризующий климатические условия середины 20 века;
2-й период длиной в 20 лет (1974.1993 гг.). Он показывает повышение среднегодовой температуры воздуха при переходе к новому климатическому периоду;
3-й период длиной в 19 лет (1994.2012 гг.), характеризующий увеличение среднегодовой температуры воздуха в конце 20 века - начале 21 века.
Год
Рис. 2. Разностно-интегральная кривая годовой температуры воздуха для МЩучинск за 1935... 2012 гг.
В условиях современного климата увеличение температуры воздуха за теплый период приводит к увеличению температуры воды и испарению с водной поверхности озер.
Для оценки испарения с водной поверхности озер использованы месячные данные испаромеров ГГИ-3000, за период с июня по октябрь 1955 г. В результаты наблюдений, полученных с помощью испаромеров, были введены поправки на смачивание внутренних стенок испарителя и забрызгивание воды в дождемер [2]. Введение общего поправочного коэффициента в данные наблюдений испаромеров позволило получить значения испарения с водной поверхности озер, которые являются репрезентативными для рассматриваемой территории Северного Казахстана. Материалы этих наблюдений за 1955 г. позволили установить зависимость месячных значений слоя испарения с водной поверхности от температуры воздуха. Она имеет следующий вид:
99
Е = 8,28Т +11,3 , (1)
где Е - испарение с водной поверхности, мм; Тв - температура воздуха, °С. Коэффициент корреляции составляет г = 0,99.
За 1935.2012 гг. произведено определение испарения за безледо-ставный период (апрель - октябрь) (табл. 1).
Таблица 1
Средние значения испарения за различные периоды, М Щучинск
Период Испарение, мм Превышение испарения за периоды 1974.1993 гг., 1994.2012 гг. по
сравнению с 1935.1973 гг.
1935.1973 681 0
1974.1993 700 19
1994.2012 725 44
Для суммарной расчетной площади озер ЩБКЗ увеличение испарения на 44 мм означает, что в год объем испарения равен 4,36 млн. м3. В начале второго десятилетия 21 века при сокращении площади озер ЩБКЗ до 79,4 км2 испарение с водной поверхности сократилось до 3,49 млн. м3 в год.
Снегозапасы за холодный период гидрологического года (ноябрь -март) определялись как разность месячного количества атмосферных осадков и испарения с поверхности снега [1]. Для расчета снегозапасов использовались месячные значения осадковМ Щучинск. Испарение с поверхности снега определялось по методике, предложенной В.А. Семеновым для районов Северного и Центрального Казахстана [4]. Эта формула имеет следующий вид:
Е = п(0,35ё - 0,06), (2)
где Е - испарение, мм; п - число суток расчетного периода; ё - дефицит влажности воздуха, гПа, средний за п суток.
На рис. 3 приведена разностная интегральная кривая дефицита влажности воздуха за холодный период для М Щучинск за 1965.2012 гг. Анализ рис. 3 показывает, что начиная с конца 20 столетия, наблюдается тенденция увеличения дефицита влажности воздуха, которая приводит к увеличению испарения со снежного покрова. Средний дефицит влажности воздуха за период с 2000.2012 гг., по сравнению с периодом 1965.1999 гг. увеличился с 0,53 до 0,65 гПа, т.е. на 0,12 гПа. В соответствии с формулой (2), это приведет к увеличению испарения со снега на ледяном покрове озер (ноябрь.. .март) с 19 до 25,2 мм, т.е. на 6,2 мм в год.
100
Для суммарной расчетной площади озер это увеличение испарения со снега за холодный период составит 0,61 млн. м3 в год. В последние годы (2011.2013 гг.) при сокращении площади озер ЩБКЗ до 79,4 км2 объем испарения составил 49 млн. м3 в год.
4,0 г
2,0
0,0 -2,0 -4,0 -6,0 -8,0 -10,0 -12,0
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Год
Рис. 3. Разностно-интегральная кривая дефицита влажности воздуха за холодный период наМЩучинск за 1965... 2012 гг.
Таким образом, испарение с водной поверхности и испарение со снега в период ледостава озер в условиях современного климата должно увеличиться на 4,97 млн. м3 в год. В настоящее время испарение с водной поверхности и испарение снега с ледяной поверхности озер составляет 3,98 млн. м3 в год. Кроме того, увеличение температуры и дефицита влажности воздуха оказывает и окажет в дальнейшем определенное влияние на увеличение суммарного испарения с поверхности водосборов озер.
Сведения о сокращении площади озер ЩБКЗ позволяет оценить влияние изменения климата на сокращение поступления воды.
Выше было показано, что повышение температуры воздуха в последние десятилетия оказывает влияние на увеличение испарения с поверхности озер. В табл. 2 приведены результаты оценки влияния повышения температуры воздуха на сокращение объема воды озер. Данные табл. 2 показывают, что площади озер с 1956 по 2012 г. сократились на 20 км2. Объем озер за счет повышения температуры воздуха в последние сорок лет сократился на 108 млн. м3. Увеличение испарения со снега на площади озера в пределах рассматриваемого периода составило 6,37 млн. м3.
101
Таблица 2
Увеличение объема испарения озер ЩБКЗ в условиях современного климата
Озеро Площадь, км2 Объем испарения с водной
пове рхности, млн. м3
1956 г. 2012 г. 1956 г. 2012 г. среднее
Улкен Шабакты 22,5 19,1 27,4 23,23 25,3
Киши Шабакты 21,4 11,9 26,0 14,47 20,2
Шортан 18,6 15,6 22,6 18,97 20,8
Боровое 10,5 10,2 12,8 12,40 12,6
Жукей 19,1 17,2 23,2 20,92 22,1
Катарколь 4,20 3,40 5,11 4,13 4,62
Майбалык 1,10 0,60 1,34 0,76 1,05
Текеколь 1,16 1,14 1,41 1,39 1,40
Карасье 0,26 0,16 0,32 0,21 0,26
Сулуколь 0,18 0,11 0,22 0,13 0,18
Сумма 99,0 79,4 120 96,6 108
Таким образом, суммарное сокращение объема озер ЩБКЗ за счет изменения климата в пределах рассматриваемого периода составило 114 млн. м3.
Озера ЩБКЗ существенно различаются по своей глубине и объему воды. Глубина примерно половины из них не превышает 4.6 м. В хозяйственных целях могут быть использованы озера Улкен Шабакты, Бурабай, Катарколь, Шортан и Жукей, которые обладают значительными глубинами и хорошим качеством воды.
Сведения об изменении уровней, площадей и объемов озер ЩБКЗ за период с 1956 г. по 2012 г., приведены в табл. 3. Данные табл. 3 показывают, что уровни большинства озер за рассматриваемый период существенно снизились. Наибольшее понижение уровней наблюдалось на озерах Шортан - 8,7 м, Киши Шабакты - 7,8 м, Улкен Шабакты - 7,1 м, Жукей -7,5 м. Суммарный объем озер уменьшился примерно на 426 млн. м3.
Как было отмечено выше, сокращение (114 млн. м3/год) произошло за счет повышения температуры и дефицита влажности воздуха, в условиях современного климата, а 312 млн. м3/год, за счет водопотребления в бассейнах озер. Не смотря на то, что значительное водопотребление наблюдалось не за весь рассматриваемый период, а только начиная с 1974 г., его вклад в сокращение стока озер оказался равным 27 %. По материалам Есильского БВУ о водопотреблении в бассейне ЩБКЗ водозабор за период с 2005 по 2012 гг., в среднем, составляет - 5,08 млн. м3 за гидрологический год [6]. 102
Таблица 3
Сведения о сокращении морфометрических характеристик озер ЩБКЗ с
1956 по 2012 г.
Озеро
Уровень, м абс.
Год
чо
2
о
2
е и н е
в
ь н
е м У
Площадь, км2
Год
ЧО
2
о
2
е и н е
в
ь н
е м У
Объем, млн. м3
Год
ЧО
2
о
2
е и
ен ее
э 3
бь бн О ен
м
Бурабай 321 320 1,10 10,5 10,2 0,30 36,2 35,5 0,74
Улкен Шабакты 305 298 7,10 22,5 19,1 3,40 250 102,6 147
Киши Шабакты 307 300 7,80 21,4 11,9 9,50 141 14,7 126
Катарколь 440 437 3,40 4,20 3,40 0,80 19,0 7,54 11,5
Жукей 383 375 7,50 19,1 17,2 1,90 91,0 35,20 55,8
Майбалык 302 299 2,80 1,10 0,60 0,47 2,50 0,06 2,44
Текеколь 306 304 2,40 1,16 1,14 0,02 3,59 3,58 0,01
Шортан 398 389 8,70 18,6 15,6 3,00 265 184 81,2
Карасье 446,3 446 0,2 0,26 0,16 0,09 0,25 0,17 0,08
Сулуколь 382,8 382,6 0,20 0,18 0,11 0,07 0,074 0,05 0,03
Сумма - - - 99,0 79,4 19,6 809 383 426
К среднему значению водопотребления необходимо прибавить увеличение испарения с поверхности озер, которое, как отмечалось выше, за последние годы составляет - 3,5 млн. м3 в год. В итоге, суммарное сокращение поступления воды в озера, по имеющейся информации о водо-потреблении, будет изменяться от 6,68 млн. м3 до 10,9 млн. м3 в год, а в среднем 8,6 млн. м3 в год.
При оценке водопотребления в рассматриваемом регионе следует учитывать возможность неучтенного и неконтролируемого водопотребле-ния в бассейнах рассматриваемых озер, а также отсутствие водопропускных сооружении при строительстве транспортных магистралей, приводящее к недопущению сброса в озера вод, формирующихся на поверхности их водосборов. Поэтому в современных условиях дефицит водных ресурсов, по-видимому, следует принять равным 10.12 млн. м3 в год. Таким образом, сокращение объема озер за счет изменения климата составляет 30.35 %, а за счет водопотребления - 65.70 %.
В перспективе дальнейшего увеличения температуры воздуха и водопотребления следует полагать, что в ближайшее десятилетие дефицит водных ресурсов в рассматриваемом регионе увеличится до 15 млн. м3 в
103
год. Поэтому для спасения природных ресурсов этого уникального региона Казахстана, который часто называют казахстанской Швейцарией, необходимо поступление в его пределы не менее 15 млн. м3 в год пресной воды из внешних водных источников.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Браславский А.П., Викулина З.А. Нормы испарения с поверхности водохранилищ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1954. - 212 с.
2 Кузнецов В.И. О переходных коэффициентах наземных испарителей «ГГИ-3000» // Труды ГГИ. - 1954. - Вып. 45 (99). - 156 с.
3 Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Вып. 3. Кокчетавская область Казахской ССР / Под общей ред. Урываева В.А. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - 562 с.
4 Семенов В.А., Сток рек засушливых территорий. - М.: Гидрометеоиздат, 1990. - 168 с.
5 Филонец П.П., Омаров Т.Р., Озера Северного, Западного и Восточного Казахстана (Справочник) - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 138 с.
6 Чеботарев А.И. Гидрологический словарь - Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 308 с.
Поступила 10.02.2014
Геогр. гылымд. канд. В.В. Голубцов
А.А. Кишкимбаева М.Т. Садуокасова
ЩУЧИНСК-БУРАБАЙ КУРОРТ ЗОНАСЫНЬЩ (ЩБКЗ) КеЛДЕРШДЕП СУ РЕСУРСТАРЫНЬЩ КЕМУ1 ТУР АЛЫ
ЩБКЗ квлдерiндегi су ресурстарыныц цысцаруына ыцпал еткен климат взгерiстерi жэне шаруашылыц цыi3Memi царастырылады. 20 гасырдыц ортасынан бастап 21 гасырдыц басына deümi ddyipdih, арасында зерттелген аудандагы келдердщ морфометриялыц мiнездемелерiнiц кемуiнiц анализы вткiзiлдi. ЩБКЗ квлдертщ су ресурстарыныц жетiспеушiлiгi багаланды.
104
