CC BY
18НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 3 2019
УДК 551.524.34 (574)
Канд. геогр. наук Н.И. Ивкина1
И.В. Шенбергер2 Канд. техн. наук А.Г. Терехов1
ОСОБЕННОСТИ ВОДНОГО РЕЖИМА Р. ШАРЫН В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Ключевые слова: водный режим, река Шарын, расход воды, гидрограф стока, изменение климата
В статье приводится описание водного режима р. Шарын. Приведены примеры гидрографа стока за маловодный, многоводный и средний по водности год. Рассчитаны пространственно-временные характеристики стока.
Введение. Река Шарын - крупнейший левобережный приток р. Или (Иле), относится к бассейну оз. Балкаш. Основной исток р. Шарын - река Шалкудесу берет начало на южных склонах хребта Кетмень. В среднем течении река называется Кеген. После выхода в Жаланашскую долину река называется Шарын. Ниже Бестобинского водохранилища и Мойнакской ГЭС река протекает по глубокому каньону. Затем река пересекает с юга на северо-восток Жаланашскую и Согутинскую долины и огибает с востока хребет Торайгыр разделяющий эти долины. Река на всем протяжении сильно меандрирует (петляет) и делится в пойме на несколько равнозначных проток. Площадь бассейна реки 7370 км2, длина 427 км. [9].
Методы исследования. Речной сток р. Шарын оценивался по изменению параметра среднемноголетнего стока. Для оценки циклических колебаний стока использован метод разностной интегральной кривой модульных коэффициентов. Для определения пространственно-временных характеристик стока использовался статистический метод.
Водный режим р. Шарын. Питание реки в основном снегово-ледниковое. В бассейне реки находится 20 ледников. Площадь оледенения составляет 2,4 км2, что составляет 0,032 % от общей площади бассейна
1 РГП «Казгидромет», г. Алматы
2 Казахстанское Агентство Прикладной Экологии, г. Алматы
реки. Объем льда 0,05 км3 [3-7]. В табл. 1 приведены сведения о распределении современного оледенения на северо-восточных склонах Терскей и Кунгей Алатау в бассейне р. Шарын. Площадь оледенения в процентном соотношении от общей площади бассейна реки составляет 0,03 %.
Таблица 1
Современное оледенение в бассейне р. Шарын [3, 7].
Бассейн реки Кол-во ледников Площадь бассейна, км2 Площадь оледенения, км2 Доля от общей площади, % Объем льда, км3
р. Шарын 20 7370 2,4 0,03213 0,05
Река относится к типу рек с весенне-летним половодьем и паводками в теплое время года. Половодье и паводки в реке продолжаются с апреля по июль. Основной фазой водного режима является половодье (рис. 1), в период которого проходит большая часть годового стока, наблюдаются максимальные расходы и наибольшие уровни воды. Половодье начинается в конце марта - начале апреля, а заканчивается в июле - августе. Средняя дата начала половодья 24 марта, а окончания - 17 августа. Самая ранняя дата начала половодья - 11 марта 1941 г., окончания - 1 июля 1984 г. Даты прохождения наибольших расходов отмечаются в мае-июне. Наибольший расход зафиксирован 20.05.1936 г. и составил 348 м3/с.
4 5 6 7 Е 9 10 11 12 1 2 3 Рис. 1. Распределение гидрографа стока р. Шарын по сезонам. Как видно из табл. 2 в период половодья проходит более 50 % стока, а самым многоводным месяцем является май.
Если рассмотреть гидрограф стока за 2 периода: 1929...1986 гг. и 1987...2017 гг., то видно, что в условиях современного потепления климата наблюдается увеличение водности реки в пределах 24 % (рис. 2). 62
Таблица 2
Распределение стока по сезонам за период с 1929 по 2017 гг.
Характеристика Фаза водного режима
Половодье Летне-осенняя межень Зимняя межень
Месяц
4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3
Среднемноголетний расход воды, м3/с 57,4 гТ 7 64,2 47,5 38,0 33,5 31,4 5, 2 23,0 21 21,9 28,3
В % от годового СО 5, ОС со" 10,2 2, 8, <ч К1 ,5 ,4 г-
-) 929-86 -1987-2016
90.0 80.0 70,0 £ 60,0 50.0 I 40.0 I 30,0 £ 20,0 10,0 0,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяц
Рис. 2. Среднемноголетний гидрограф стока по р. Шарын — уроч. Сарытогай рассчитанный за периоды 1929...1986 и 1987...2017 гг.
Уровни воды и расходы весьма неравномерны по сезонам года -расходы воды в мае и июне превышают осенние и зимние в четыре-пять раз. Гидрограф стока имеет многовершинную форму. Число пиков может достигать 20...25, что объясняется неодновременным таянием снега в различных высотных поясах, наложением дождевых паводков на сток половодья. Как видно из рис. 3, на котором приведены гидрографы стока за маловодный 2014 г. и многоводный 2009 г. и средний по водности 2015 г. водный режим реки характеризуется постоянным стоком.
Рис. 3. Гидрографы стока р. Шарын—уроч.Сарытогай за различные по водности годы.
При высоких половодьях расходы воды значительно превышают расходы в маловодные годы. Вариативность величины сезонного максимума расхода воды более чем в 5 раз.
Даты прохождения наибольших расходов весьма неустойчивы. Чаще всего они отмечаются в мае-июне. В связи с регулированием стока максимальные расходы половодья снизились, а летние и зимние меженные расходы повысились. Следующей фазой водного режима является летне-осенняя межень. В период летне-осенней межени наблюдаются кратковременные подъемы уровня воды вследствие прохождения дождевых паводков. Начало приходится на август, а окончание на ноябрь (табл. 2). На этот период приходится около 30 % стока. На зимнюю межень приходиться около 20 % стока. Наименьший сток наблюдается преимущественно в январе.
Речной сток р. Шарын в современных условиях. Речной сток р. Шарын оценивался по изменению параметра среднемноголетнего стока (нормы стока). При выборе расчетного периода для определения нормы стока, коэффициента вариации и коэффициента асимметрии использовались разностные интегральные кривые в пункте р. Шарын - уроч. Сарытогай. Разностные интегральные кривые необходимы для выявления циклов колебания годового стока. Эти кривые удобны для выбора репрезентативного расчетного периода из длинного ряда наблюдений. Разностная интегральная
кривая среднегодовых расходов воды р. Шарын - уроч. Сарытогай за период с 1929 по 2017 гг. приведена на рис. 4.
Рис 4. Разностная интегральная кривая среднегодовых расходов воды р. Шарын-уроч.Сарытогай за период с 1929 по 2017 гг.
На этой кривой, отчетливо выделяются три периода 1929.. .1986 гг., 1987.2010 гг. и 2011.2017 гг. Первый период отражает условия формирования стока реки Шарын в условно-естественный период и отражает климатические условия 20-го века. Второй период характеризуется значительными изменениями климата, и по сравнению с первым, отличается повышенным стоком в связи с увеличением увлажнения горных склонов, повышением температуры воздуха и увеличением поступления воды в реки за счет деградации горного оледенения. И третий период характеризуется изменением гидрографа стока в результате изменения климата и антропогенной деятельности в связи с зарегулированием реки. Учитывая то, что третий период имеет короткий ряд наблюдений, то для анализа выделим два периода 1929.1986 и 1987...2017 гг.
Более наглядное отличие первого периода от второго можно видеть на интегральной кривой, представленной на рис. 5. При построении этой кривой использовались среднегодовые значения и коэффициент вариации, определенные только за период 1929.1986 гг.
25,00 20,00 [5,00
Й
5.10.00 i
I 5.00 t/i
0.00 -5.00 -10.00
Гея
Рис 5. Разностная интегральная кривая среднегодовых расходов воды р. Шарын -уроч. Сарытогай за период 1929... 2017 гг., рассчитанная по норме стока за период 1926.1986 гг.
Как было отмечено выше, период 1929.1986 гг. отражает климатические условия 20-го века, а второй период 1987.2017 гг. - конец 20-го века и начало 21-го века, характеризующихся значительными изменениями климата, в первую очередь, температуры воздуха и атмосферных осадков. В этот период в бассейне р. Иле наблюдалось существенное повышение температуры воздуха и деградация горного оледенениями.
Для определения пространственно-временных характеристик стока использовался статистический метод. Наиболее широкое применение в гидрологических статистических расчетах имеет биномиальная асимметричная кривая обеспеченности или кривая распределения Пирсона III типа [1, 8]. На рис. 6 приведены совмещенные кривые обеспеченности за периоды 1929...1986 и 1987...2017 гг. Как видно из рисунка ряды среднегодовых расходов воды р. Шарын имеют нормальное распределение. Коэффициент Cs не равен 2Cv, поэтому для расчета модульного коэффициента заданной обеспеченности kp использовалось уравнение биноминальной кривой распределения, проинтегрированное А. Фостером [2]. Нормированные отклонения от среднего значения логарифмически нормальной кривой обеспеченности (ф ) взяты из соответствующих таблиц с учетом коэффициента асимметрии или соответствующего ему коэффициента
скошенности 5 = f(с). Значение расхода воды заданной обеспеченности определялась как произведение £ на среднюю величину.
0.01 СИ 0.5 1 2 5 10 20 304099607090 50 95 £6 99 Обеспеченность. %
Рис. 6. Совмещенные кривые обеспеченности среднегодовых расходов воды по р.Шарын-уроч.Сарытогай за периоды 1929...1986 и 1987. ..2017 гг.
Как видно из рис. 6, сток реки за последний период (1987...2017 гг.) увеличился. Увеличение стока по реке Шарын составило более 20 %. Коэффициент вариации за тот же период незначительно увеличился, в связи с увеличением увлажнения горных склонов и поступления воды в реки за счет деградации горного оледенения. Это привело к увеличению значений речного стока различной обеспеченности.
Анализ хронологического хода максимальных расходов воды показал, что наблюдается тренд уменьшения максимальных расходов воды и снижение их изменчивости.
Выводы: В условиях современного потепления климата наблюдается увеличение водности реки более 20 %. Увеличение водности связано с поступлением воды в реки за счет деградации горного оледенения в результате потепления климата. Это привело к увеличению значений среднегодового речного стока различной обеспеченности. Наблюдаются процессы перераспределения сезонного стока в сторону увеличения доли меженного стока (особенно зимнего) и, соответственно, сокращения доли стока в периоды весенних половодий. Наблюдаемая трансформация сезонного и многолетнего стока свидетельствует о необходимости коррек-
тировки структуры водопользования и регулирования стока в условиях
водно-дефицитных региона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреянов В.Г. Внутригодовое распределение речного стока. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 327 с. 43
2. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М.: Вычислительный центр АН СССР, 1968. - 474 с.
3. Вилесов Е.Н., Морозова В.И., Северский И.В. Оледенение Джунгар-ского (Жетысу) Алатау: прошлое, настоящее, будущее. - Алматы, 2013. - 244 с.
4. Вилесов Е.Н., Уваров В.Н. Эволюция современного оледенения Заи-лийского Алатау в XX веке. - Алматы: КазНУ им. аль-Фараби, 2001. - 252 с.
5. Вилесов Е.Н. Изменение состояния оледенения северного макросклона Иле Алатау за 60 лет (1955.2015 гг.) // Гидрометеорология и экология. - 2015. - № 3. - С. 56-68.
6. Галаева А.В. Ресурсы речного стока и экологическое состояние бассейна озера Балкаш в условиях современного изменения климата/ диссертация на соискание ученой степени канд. наук. - Бишкек, 2017. - 147 с.
7. Линейцева А.В. Современное поступление речного стока в Восточный Балхаш // Гидрометеорология и экология. - 2010. - №1, С. 109-115.
8. Клибашев К.П., Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. - Л.: Гид-рометеоиздат. - 1970. - 460 с.
9. Ресурсы поверхностных вод СССР, том 13 Центральный и Южный Казахстан. - Вып. 2. Бассейн озера Балкаш. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 644 с.
Поступила 09.12.2019
Геогр. гылым. канд. Н.И. Ивкина
И.В. Шенбергер Техн. гылым. канд. А.Г. Терехов
ШАРЫН ОЗЕН1НЩ СУ РЕЖИМ1НЩ ЕРЕКШЕЛ1КТЕР1 ^АЗ1РГ1 ЖАГДАЙДА
Туйт свздер: су режиму Шарын eзенi, су шыгыны, агын гидрографы, климаттыц eзгеруi
Мацалада Шарын взентщ су режимтщ сипаттамасы берыген. Су аз, су квп жэне су бойынша орташа жыл ушт агын гидрографыныц мысалдары келтiрiлген. Агынныц кещстжтж-уацыттыц сипаттамалары есептелген.
N.I. Ivkina, I.V. Shenberger, A.G. Terekhov
FEATURES OF THE SHARYN RIVER WATER REGIME IN THE MODERN CONDITIONS
Key words: water regime, Sharyn River, water flow, runoff hydrograph, climate change
The article describes the water regime of the Sharyn River. Examples of flow hydrograph for low-water, high-water and average water content year are given. The spatial and temporal characteristics of the flow are calculated.
