CC BY
4Водное хозяйство
УДК 556.512
А. З. Таиров, Т. Е. Сорокина
К.г.н., старший научный сотрудник лаборатории водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования (Институт географии, Алматы, Казахстан)
О СТРОИТЕЛЬСТВЕ КОМПЛЕКСА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В ЗАЛИВЕ САРЫШЫГАНАК
Аннотация. Рассмотрено намечаемое строительство комплекса гидротехнических сооружений в заливе Сарышыганак. Проведена укрупненная оценка вариантов реконструкции Северного Аральского моря.
Ключевые слова: Аральское море, двухуровенная плотина, залив Сарышыганак, одноуровенная плотина.
Введение. Аральское море - уникальный природный объект в аридной зоне Центральной Азии, бывший четвертый в мире по величине водоем. Как часть экосистемы Арал участвовал в процессах глобального водообмена и круговорота массо-энергообмена. Интенсивное освоение ресурсов в бассейне моря на предыдущих этапах (крупные масштабы и темпы водопотребления) привело к нарушению сбалансированной взаимосвязи и целостности биологической системы, экологическому кризису в Приаралье, резкому обострению социальных проблем. В середине 80-х годов прошлого столетия Аральское море распалось на два изолированных водоема: Северное (Малое) Аральское море и Южное (Большое) Аральское море.
В «Основных положениях концепции улучшения социально-экономического и экологического состояния в Приаралье», утвержденных главами пяти государств Центральной Азии, обосновано сохранение Приаралья путем создания нового устойчивого природно-антропогенного комплекса на его территории.
В рамках программы «Регулирование русла реки Сырдарии и сохранение северной части Аральского моря» (РРССАМ-I) в 2005 году было завершено строительство Кокаральской плотины в проливе Берга, отделяющей два «моря». Перемычка длиной 13 км с водосбросным сооружением из 9 шлюзов предназначена для регулирования и поддержания уровня воды в Малом Арале (рисунок 1) и сбросов воды в Большое море. Проведенные инженерные мероприятия остановили прогрессирующее понижение уровня моря и повысили его отметку с 38,0 до 42,0±0,5 м абс. Площадь Арала и объем воды в нем увеличились соответственно до 3300 тыс. км2 и 27,0 км3 (таблица 1). Расстояние до бывшего морского порта «Аральск» значительно сократилось [1].
В феврале 2012 г. секретариат Рамсарской конвенции включил территорию «Малое Аральское море и дельта Сырдарьи» площадью 330 тыс. га в список Рамсарских угодий - наиболее важных водно-болотных угодий планеты - ключевых орнитологических территорий (Important Bird Areas) (рисунок 2).
На Саммите ООН по принятию Повестки дня в области развития на период после 2015 года (Нью-Йорк, 2015 г.) Президент Казахстана отметил, что проблемы исчезающего Аральского моря представляют угрозу не только нашему региону, но и всему миру [2].
Постановка проблемы. В рамках реализации второй фазы РРССАМ, инициированной Главой государства, намечена реконструкция акватории Северного Аральского моря, направленная на улучшение управления водными ресурсами, восстановление окружающей среды и биологического разнообразия. Предполагается строительство комплекса гидротехнических сооружений в заливе Сарышыганак. В настоящее время в научных и общественных кругах идет активное обсуждение этой проблемы. В связи с этим на основании доступной информации, в том числе полевых исследований, нами предварительно рассмотрен этот вопрос.
Рисунок 1 - Нижний бьеф водосбросного сооружения Кокаральской плотины (фото авторов) Таблица 1 - Основные параметры Северного Аральского моря при отметке уровня воды 42,00 м абс.
Акватория Площадь, тыс. км2 Объем, км3 Испарение, км3
Северное Аральское море 3300 27,0 2,62
В том числе залив Сарышыганак 0,133 0,100 0,100
Рисунок 2 - Рамсарский участок Северного Аральского моря и дельтовых озер Сырдарии
Методика исследований. Применены методы гидрологических и водохозяйственных расчетов, методы компьютерной обработки информации и картографирования.
Источники данных. Использованы материалы экспедиционных работ на водных объектах дельты Сырдарии, научные и проектные материалы и публикации.
Результаты исследований. Решение социально-экономических и экологических проблем Приаралья предпринималось еще в советское время. В 1989 г. было утверждено технико-экономическое обоснование строительства комплекса гидротехнических сооружений для восстановления уровня залива Сарышыганак, не исключавшее возможности строительства плотины на Малом море.
В настоящее время определены два альтернативных варианта реконструкции САМ: двух-уровенный - путем создания дополнительно водоема Сарышыганак и одноуровенный вариант с единым Северным Аральским морем - путем наращивания Кокаральской плотины. Оба варианта реконструкции имеют положительные и отрицательные стороны как в строительстве, так и в эксплуатации комплекса сооружений Северного Аральского моря, и по ряду причин необходима более детальная проработка [3, 4].
В предлагаемой работе проведена укрупненная оценка вариантов реконструкции. Для определения количественной характеристики исследуемого объекта (Северное Аральское море -залив Сарышыганак) использован балансовый метод, позволяющий косвенным путем оценить его динамику, а также выявить и проанализировать взаимосвязи различных компонентов баланса влаги.
Балансовое уравнение для некоторого интервала времени А^ имеет вид:
О + X - Е = ±АЖ, (1)
где О - речной сток; X - атмосферные осадки; Е - испарение с водной поверхности; АЖ - изменение объема воды за тот же интервал времени.
Для оценки динамики состояния водного объекта во времени использовано уравнение баланса
(1):
Вт = Ж„+1 = О„ + Жп + Х„ - Еп - У„ , (2)
где Вт - водный баланс; Жп+1 - объем на расчетный год; Оп - годовой объем притока; Жп - объем за предыдущий год; Уп - общий объем отъема или изъятия стока; Хп и Еп - объемы осадков и испарения, зависящие от площади водного зеркала объекта; п - расчетный год.
В уравнении осадки, выпадающие на водную поверхность Х и испарение с нее Е, можно заменить на видимое испарение Ев.и.. Тогда уравнение (2) запишется как:
вт = Ж+1 = Оп + Жп - Ев.и. - Уп . (3)
Упрощенное балансовое уравнение (3) можно принять как математическую модель водного объекта. Необходимо отметить, что видимое испарение Ев.и. в условиях аридного климата всегда положительно.
Интенсивность водообмена (проточность) определяется компонентами водного баланса и является важнейшим показателем водной экосистемы, характеризующим различные динамические процессы, протекающие в водоемах.
Проточность системы Р оценена по относительному объему емкости залива Сарышыганак, вычислена как:
Р = Жос / Жоз , (4)
где Жос - среднегодовой объем водосброса в САМ; Жоз - полный объем залива Сарышыганак.
Учитывая, что закономерности речного стока носят стохастический характер, в расчетах балансовых уравнений использован гидрологический ряд (п > 35), генерированный с помощью случайных чисел - методом статистического моделирования. При расчетах среднегодовой приток в САМ принят в объеме 3,8 км3 в год. Результаты решения балансовых уравнений приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Расчетные параметры Северного Аральского моря и залива Сарышыганак
Северное Аральское море Обособленный залив Сарышыганак
Вариант I. Одноуровенная плотина Вариант II. Двухуровенная плотина
Отметка уровня воды 46,0 м абс.
Площадь, тыс. 2 км2 Объем, км3 Испарение, км3 Площадь, тыс. 2 км2 Объем, км3 Испарение, км3
4180 42,0 3,32 0,600 1,73 0,476
Отметка уровня воды 50,00 м абс.
5200 61,0 4,13 0,853 4,77 0,677
Отметка уровня воды 52,00 м абс.
0,980 7,45 0,778
По проекту РРССАМ-2 водозабор в залив Сарышыганак предусматривается в объеме 1,42 км3 в год (рисунок 3). Транспортировка воды до залива будет осуществляться посредством подводящего канала, который имеет два пути доставки из Сырдарьи: через водоем Тущибас или Камыстыбас. При любом варианте выбора трассы переброски воды в одной из озерных систем дельты будет создана проточность, которая благоприятно скажется на водной экосистеме Приаралья.
Рисунок 3 - Залив Сарышыганак Северного Аральского моря
Водно-балансовые расчеты показывают, что при одноуровенной плотине, учитывая реальность водного режима нижнего течения реки Сырдария, продолжительность наполнения САМ до отметки 46,0 м абс. составит 26-27 лет. Период наполнения до проектной отметки в 50,0 м абс. -более 35 лет, при этом потери превысят 106 км3 (ежегодная потеря воды на испарение в среднем 3,0 км3). Критический уровень воды четко лимитируется рельефом дна отметкой в 43,0 м абс., при которой дальнейшее снижение уровня приведет к отчленению залива Сарышыганак от Северного Аральского моря (рисунок 4).
При двухуровенной плотине оптимальный уровень воды САМ остается проектный -42,00 м абс. Для обособленного залива Сарышыганак рассмотрены 3 характерные отметки уровней воды: 46,00; 50,00 и 52,00 м абс. (см. таблицу 2, рисунок 5):
Н, м абс
54,0 51,0 48,0 45,0 42,0 39,0
30,0
0 2
0 3
0 4
0 5
0
со
0
0 8
0 9
0 0
Рисунок 4 - Продольный профиль САМ. Вариант I. Одноуровенная плотина
Рисунок 5 - Продольный профиль САМ. Вариант II. Двухуровенная плотина
1. Отметку 46,00 м абс. с емкостью 2,2 млн м3 залив наберет в течение 3 лет, при этом испарение составит в среднем 440 млн м3 в год, или 1,3 км3 за весь период наполнения. В дальнейшем непродуктивные водосбросы в БАМ через САМ будут только возрастать.
2. Отметку уровня в 50,00 м абс. залив Сарышыганак достигнет в течение 6-7 лет. Для создания благоприятных условий водной экосистемы по минерализации, близкой к речной, достаточно осуществить ежегодный сброс воды в САМ в объеме 740 млн м3. При наполнения залива до проектной отметки общие потери воды на испарение составят до 3,8 км3, или 550 млн м3 в год, что незначительно для сооружений таких масштабов.
3. Отметку уровня 52,00 м абс. залив достигнет в течение 10 лет, причем потери на испарение за период наполнения будут составлять 8,0 км3, или 800 млн м3 в год.
Расчетные данные по оценке проточности водной среды показывают, что при отметке уровня воды до 50,0 м абс. водообменные процессы протекают в зоне умеренной проточности (0,16), а при отметках 51,0 м абс. и выше проточность в системе снижается (0,08).
Обсуждение результатов. Из двух вариантов строительства гидротехнических сооружений в акватории Северного Аральского моря наиболее предпочтительным является двухуровенный с созданием дополнительно к существующему водоема Сарышыганак с отметкой нормального подпорного горизонта (НПГ) 50,00 м абс. Этот вариант отличается коротким по времени периодом наполнения чаши залива (6-7 лет), меньшими потерями воды (до 3,0 км3), умеренной проточ-ностью (0,16). Высокая устойчивость уровня воды в водоеме Сарышыганак обеспечит хорошую водно-транспортную связь, близкие к естественным колебания уровня воды. Современная автомагистраль «Западная Европа - Западный Китай» (в 40 км от места предполагаемого строительства) может способствовать непродолжительному сроку возведения сооружений, сокращению капитальных вложений, повышению рентабельности и экономичности проекта.
Заключение. Результаты проведенной работы не противоречат ранее выполненным расчетам и выводам проектных и научных организаций. Намечаемые инженерно-технические мероприятия позволят:
- значительно улучшить социально-экологическое и экономическое положение в регионе, повысить рекреационную привлекательность региона;
- сократить непродуктивные сбросы воды в Большое Аральское море, теряющиеся на испарение;
- эффективно управлять ограниченными водными ресурсами в сложной устьевой области реки Сырдарии.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Регулирование русла реки Сырдарьи и сохранение северной части Аральского моря, фаза 1 (РРССАМ-1), Институт Казгипроводхоз - http://kazgiprovodkhoz.kz/proekt/49
[2] Участие в Саммите ООН по принятию Повестки дня в области развития на период после 2015 года -http://mirror.akorda.kz
[3] Экспертная оценка по «Технико-экономическому обоснованию проекта регулирования Сырдарьи и Северного Аральского моря, Фаза-2. - Тараз, 2008. - 32 с.
[4] Карлыханов О.К. Оценка проектных решений по РРССАМ 2 - http://www.eecca-water.net/content/view/1285/lang,ru/
REFERENCES
[1] Regulation of Syrdaria river bed and preservation of the north part of Aral Sea, phase 1 (RRSSAM-1), Institute Kazgiprovodhoz - http://kazgiprovodkhoz.kz/proekt/49 (in Russian)
[2] Participation in UNO Summit by admission of order of the day in the area of development for the period after 2015 -http://mirror.akorda.kz (in Russian)
[3] Expert evaluation of «technical and economic justification of the project of regulation of Syrdaria river and North Aral Sea, Phase-2, Taraz: 2008. -32 p. (in Russian)
[4] Karlykhanov O.K. Evaluation of the projects solutions by RRSSAM 2 - http://www.eecca-water.net/content/view/1285/lang ,ru// (in Russian)
А. З. Таиров, Т. Е. Сорокина
Г.г.к.,табиги-шаруашылык жYЙесiн сумен камтамасыз ету жэне математикальщ улгшеу зертханасыньщ ага гылыми кызметкерi (География институты, Алматы, Казахстан)
САРЫШЫГАНАК; ГИДРОТЕХНИКАЛЬЩ ИМАРАТТАРЫ КЕШЕНЩ Т¥РГЫЗУ МЭСЕЛЕЛЕР1
Аннотация. Макалада Сарышыганак мацында гидротехникалык имараттар кешенщ тургызу мэселелерi карастырылган. Солтуспк Арал тещзш кайта калпына келпру нускауларынын жалпылау багасы усынылган.
Тушн сездер: Арал тещз^ бiр децгейлi бегет, еш децгейлi бегет, Сарышыганак.
A. Z. Tairov, T. E. Sorokina
Candidate of geographical sciences, senior researcher, Laboratory of water supply
of natural and economic systems and mathematical modeling (Institute of Geography, Almaty, Kazakhstan)
ABOUT BUILDING OF A COMPLEX OF HYDROENGINEERING CONSTRUCTIONS
IN SARYSHYGANAK BAY
Abstract. Reviewed proposed construction of a complex of hydraulic structures in the Gulf Saryshyganak. Conducted overall assessment of the options for reconstruction of the Northern Aral Sea.
Keywords: the Aral sea, the Bay Saryshyganak, two-level dam dam single level.
