CC BY
20НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 1 2019
УДК 556
Н.Т. Серикбай1 Канд. тех. Наук К.К. Дускаев1
С.Т. Ахметова1 М. Останова1
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МИНИМАЛЬНОГО СТОКА В БАССЕЙНЕ РЕКИ ЕСИЛЬ
Ключевые слова: годовой сток, годовой минимальный сток, коэффициент вариации, коэффициент асимметрии, коэффициент корреляции, слой стока, кривая обеспеченности
В статье представлены результаты расчета основных характеристик рек бассейна р. Есиль с учетом восстановленных величин и использованием кадастровых материалов по 2016 г. включительно.
По результатам исследований выявлена территориальная согласованность многолетнего хода минимального среднемесячного летне -осеннего стока рек бассейна р.Есиль, получены уточненные и новые данные о его параметрах.
Выявлено, что среднее многолетнее значение летне-осенних минимальных среднемесячных расходов воды за период с нарушенным стоком по сравнению с нормой за условно-естественный период в створе р. Есиль - г. Астана увеличилось в 3,3 раза, а на отдельных постах (Каменный Карьер, г. Петропавловск) уменьшилось в 1,6 и 1,2раза соответственно.
Введение. На территории Казахстана насчитывается более 85 тыс. рек, временных водотоков и логов, по которым осуществляется поверхностный сток воды, в том числе 228 рек длиной более 100 км и 6 - более 1000 км. Густота речной сети на территории республики в бассейнах пустынных и равнинных зон колеблется от 0 до 0,05 км/км2, в горных районах до 0,4 км/км2 и более; средний показатель по республике равен 008 км/км2 , что меньше чем в среднем по СНГ [4].
Как показывают исследования П.Ф. Лаврентьева [9], суммарные ресурсы поверхностных вод Казахстана в 60-70 годы прошлого столетия составляли 115,33 км3/год, из которых лишь 60,37 км3 или 52,3 %, форми-
1 КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан
ровались в пределах республики, а 47,7% поступали с сопредельных территорий; из КНР (рр . Ертис, Иле) - 34,8% , из Узбекистана (р. Сырдария) - 39,70 %; из России (р. Жайык) -19,30 % ; из Кыргызстана (рр. Шу, Талас, Аса) - 6,20%. Средняя водообеспеченность территории за счет стока, формирующегося в его пределах, составляла 22,2 тыс.м3/км2 в средний по водности год. То есть, водообеспеченность Казахстана за счет собственных ресурсов является самой низкой, после Туркменистана, по этому показателю среди республик постсоветского пространства, а с учетом транзитного стока объемом 42,5 тыс.м3/км2 занимает последнее место среди них. Крайне неравномерное распределение водных ресурсов обусловливает и неравномерную водообеспеченность различных районов.
Объект исследования. Рассматриваемая территория занимает западную окраину Казахского мелкосопочника, являющегося остатком древней горной страны, выровненной процессами денудации и выветривания и в значительной мере погребенной под рыхлыми продуктами разрушения коренных пород. Река Есиль отличается исключительно малой водностью (ее сток составляет всего 0,5% стока р. Оби). Она занимает 13-е место среди рек СНГ по длине и 38-е место по размерам площади водосбора [8].
Исходные данные и методы исследования. Водохранилища, регулирующие естественный водный режим, привели к изменению характеристик минимального стока. Для оценки расчётных величин минимального стока в современных условиях выполнен анализ гидрологических материалов и рядов наблюдений за расходами воды в пунктах гидрологической сети Казгидромета. В качестве характеристик минимального стока рассматривались средние месячные минимальные летне-осенние расходы воды в пунктах на реках бассейна р. Есиль, имеющих наиболее длительные периоды наблюдений: р. Есиль - г. Астана (1933...2016 гг.), р. Есиль -с. Каменный Карьер (1947...2016 гг.), р. Есиль - г. Петропавловск (1893...2016 гг.), р. Жабай - г. Атбасар (1936...2016 гг.), р. Селети -с. Изобильное (1957...2016 гг.), р. Шагалалы - с. Павловка (1940...2016 гг.). Схема расположения расчётных створов на реке приведена на рис. 1.
Минимальный сток рек является одной из важнейших гидрологических характеристик, которая имеет большое значение при исследованиях источников питания, внутригодового распределения стока рек и др. Данные о минимальном стоке, как лимитирующем факторе, имеют практическое применение при проектировании питьевого, хозяйственно -152
бытового и промышленного водоснабжения, ГЭС, развитии орошения и т.д. Усиление антропогенной нагрузки на реки требует надежных данных о минимальном стоке рек.
Рис. 1 Схема расположения пунктов гидрологических наблюдений за стоком в бассейне р. Есиль.
Под минимальным стоком понимают наименьший сток рек, наблюдающийся в межень, когда реки переходят на грунтовое питание. В этот период может быть также незначительный поверхностный сток.
Особенности формирования меженного стока отдельных районов рассматриваемой территории обусловлены значительным разнообразием, как климатических, так и гидрогеологических условий водосборов. Главным фактором, определяющим величины меженного стока, является степень увлажнения территории водосборов [6].
На рассматриваемой территории при сравнительно одинаковых климатических условиях величина минимального стока зависит от местных физико-географических особенностей территории: рельефа, геологического строения бассейна, глубины врезанности русла и инфильтрацион-ных свойств почво-грунтов.
Меженный период на р. Есиль длится в среднем девять месяцев (с июля по март). В летний период минимальные расходы воды наблюдаюся в июле-августе, а в зимний период - январе-марте. Наименьшие из мини-
мальных расходов приходятся на зимнюю межень. В конце шестидесятых годов естественный гидрологический режим р. Есиль был нарушен водохранилищами, осуществляющими многолетнее регулирование стока (Ас-танинское с полезной емкостью 378 млн.м3 и Сергеевское с полезной емкостью 635 млн.м3). После строительства Астанинского и Сергеевского водохранилищ минимальные расходы воды возросли, главным образом, в зимнюю межень, значительно сократилось число лет с отсутствием стока [2].
Расчетные величины минимального стока рек. Минимальные расходы формируются за счет грунтового питания после прохождения весеннего или весенне-летнего половодья. Зимние минимумы меньше летних в связи с уменьшением подземного питания. Периоды летне-осенней и зимней межени за конкретные годы выделены по гидрографам стока.
В горных районах и зоне избыточного увлажнения минимальный сток обычно наблюдается зимой, в зоне недостаточного увлажнения - летом, а в переходных зонах - и летом, и зимой.
В различных гидрологических и водохозяйственных расчетах используются следующие характеристики минимального стока:
- минимальный суточный расход за год;
- минимальный среднемесячный расход (за календарный месяц);
- средний расход воды за 30 сут. с наименьшим стоком (не календарный месяц);
- минимальный декадный расход воды;
- абсолютный минимум, который является наименьшим суточным расходом за весь период наблюдений и показывает максимально возможную естественную степень истощения речного стока [1].
Есть также предложения использовать средние расходы воды за другие периоды с наименьшим стоком (7,23, ..., 284 сут.) [1].
Минимальный 30-суточный (некалендарный) сток определяется следующим образом. За каждый год по гидрографу стока или по таблице ежедневных расходов воды определяется участок с наименьшими расходами воды продолжительностью 30 сут. и подсчитывается средний расход за выбранный период. Минимальные 30-суточные расходы меньше или равны средним месячным календарным расходам [7].
Для характеристики минимального расхода основных рек р. Есиль были использованы минимальные среднемесячные расходы воды летне-осенней межени. Это обусловлено тем, что, по исследованиям [5, 3], при 154
условии, если межень длится более 60 сут., минимальный среднемесячный сток достаточно четко характеризует меженный минимум стока. Минимальный месячный сток рассчитывался за период летне-осенней межени (1У...Х) гидрологического года. Эти данные важны для хозяйственного использования стока, прежде всего для решения различных вопросов хозяйственно-бытового водоснабжения.
Основными параметрами распределения минимального стока рек являются норма, коэффициенты вариации и асимметрии и расходы воды различной обеспеченности. Эти характеристики стока определены применительно к минимальному месячному стоку.
Нормы, коэффициенты вариации (Су) и асимметрии (Сs) минимального стока определены по общепринятым формулам с ведением поправки на смещенность параметров Су и Сs. Для определения расхода воды различной обеспеченности построены кривые обеспеченности. Построенные кривые обеспеченности по гидропосту р. Есил - г. Астана приведены на рис. 2.
При несоответствии аналитической кривой наблюденным значениям расходы воды различной обеспеченности определены по эмпирической кривой. В большинстве случаев подходящим типом кривой распределения для описания минимального летного месячного и зимнего стока оказалась кривая распределения Крицкого-Менкеля при Сs=2Cv.
К рекам, имеющим сток в период межени, относятся р. Есиль с притоками и р. Шаглинка. Большая часть равнинной территории отличается маловодностью. На реках Карасу, Куздын-Карасу и других водотоках сток прекращается уже в начале лета, и вода сохраняется только в глубоких плесах. Параметры минимального месячного летнего стока основных рек бассейна р. Есиль, рассчитанные за период наблюдений, и расходы различной обеспеченности приведены в табл. 1.
а)
м3/с Кривая обеспеченности 1933-2016 гг. р. Есил - г. Астана
к
\
\
\
ч
01 0,1 1 1) 20 3 1) 4 Ьь 1)60 1 о а Ь ь! ■"" У У УУ
б)
С), м3/с Кривая обеспеченности 1933-1970 гг. р. Есил - г. Астана
•
N ч
01 од 1 0 20 3 1) 4 Ьь 060 7 «8 в ё 1) 9 5 ' 99 99 ,9Р. %
В)
м3/с Кривая обеспеченности 1971-2016 гг. р. Есил - г. Астана
8 -
\
\
\ •
\ \
\
\
'х-
0.01 и,1 1 1> 20 ^ 0 4 1)60 /0 8 и у1 1) УУ УУ ,УР, "о
Рис. 2 Кривые обеспеченности минимальных летне-осенних расходов воды за вес перюд наблюдения (а), до построения водохранилища (б) и после построения водохранилища (в) по гидропосту р. Есиль - г. Астана.
Таблица 1
Параметры минимального месячного летнего стока основных рек бассейна р. Есиль за период наблюдений и расходы различной обеспеченности.
Период Число лет Qср, м3/с Расход различной обеспеченности
Река-пункт наблюде- наблю- Су Cs
ний дений 75% 80% 95% 97%
р. Есиль -г. Астана
р. Есиль -с. Каменный Карьер
р. Есиль -г. Петропавло вск
р. Жабай -г. Атбасар р. Селеты -с. Изобильное р. Шагалалы - с. Павловка
Для
1933...2016 1933... 1970 1971.2016
разница 1947.2016 1947.1970 1971.2016
разница 1893.2016 1893.1968 1969.2016 разница
1936.2016
минимальных летних расходов
84 38 46
70 24 46
124 76 48
81
0,69 0,31 1,02 0,71 3,77 5
3,12 1,88 12,1 12,8 10,9 1,9
1,33 1,37 1,08 0,29 0,72 0,72 0,59 0,13 0,53 0,54 0,48 0,06
2,66 2,74 2,16 0,58 1,44 1,44 1,18 0,26 1,06 1,51 0,82 0,69
0,09 0,04 0,26 0,22 1,79 2,37 1,76 0,61 7,35 7,75 7,08 0,67
0,06 0,02 0,19 0,17 1,54 2,04 1,57 0,47 6,65 7,13 6,4 0,73
0,00 0,00 0,03 0,03 0,64 0,85 0,82 0,03 3,79 5,00 3,74 1,26
1957.2016 60 0,51 0,91 1,91 0,18 1940.2016 77 0,17 1,12 2,58 0,04
0,00 0,00 0,02 0,02 0,47 0,63 0,65 0,02 3,15 4,62 3,01 1,61
0,66 0,89 1,78 0,24 0,19 0,06 0,03
0,14 0,06 0,04 0,04 0,02 0,02
В результате расчетов с использованием новейших кадастровых материалов по 2016 г. включительно, выявлены территориальная согласованность многолетнего хода минимального среднемесячного летне-осеннего стока рек бассейна р.Есиль, получены уточненные и новые данные о параметрах минимального месячного меженного летне-осеннего стока с данными об обеспеченных величинах основных рек.
Выявлено, что среднее многолетнее значение летне-осенних минимальных среднемесячных расходов воды за период с нарушенным стоком (1971...2016 гг.) по сравнению с нормой за условно-естественный период (1931...1970 гг.) в створе р. Есиль у г. Астана увеличилось в 3,3 раза, за период с нарушенным стоком (1971...2016 гг.) по сравнению с нормой за условно-естественный период (1947...1970 гг.) в створе с. Каменный Карьер уменьшилось в 1,6 раза, за период с нарушенным стоком (1968...2016
гг.) по сравнению с нормой за условно-естественный период (1893...1968
гг.) в створе г. Петропавловск уменьшилось в 1,2 раза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амусья А.З., Ратнер Н.С., Соколов Б.А. Минимальный сток: состояние и перспективы исследования // Тр. ГГИ. - 1991. - Вып. 355. -С. 3- 28.
2. Водные ресурсы Казахстана: оценка, прогноз, управление. Т.УИ -Ресурсы речного стока Казахстана. Кн. 1 - Возобновляемые ресурсы поверхностных вод Западного, Северного, Центрального и Восточного Казахстана.- Алматы: Институт географии, 2012. - 684 с.
3. Гальперин Р.И., Сайров С. Минимальный сток основных рек Казахстанского Алтая // Вестник КазНУ. Сер. геогр. - 2005. - № 2(21). -С. 207-215.
4. Голубцов В.В., Лаврентьев П.Ф., Соседов И.С., Проблемы гидрологии Казахстана // Тр.КазНИГМИ. - 1983 - Вып. 80.-С. 3-19.
5. Карамолдоев Ж.Ж. Формирование стока рек Кыргызстана в маловодный период и его рациональное использование. - Бишкек, 2002. - 162 с.
6. Клибашев К.П., Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 460 с.
7. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 444 с.
8. Ресурсы поверхностных вод районов. Акмолинской область. Под редакцией В.А. Урываева. Л.: Гидрометеоиздат. 1959.- Т.2. - 684 с.
9. Тепляков И.Н., Лаврентьев П.Ф., Абдилдин С.А., Водные ресурсы Казахстана и их использование - Алма-Ата: КазНИИНТИ, 1978. -78 с.
Поступила 26.03.2019 Н. Т. Сершбай
Тех. гылымд. канд. К. К. Дускаев
С. Т. Ахметова М. Оспанова
ЕС1Л еЗЕН1 АЛБЫНДАГЫ ЭЗЕНДЕРДЩ МИНИМАЛДЫ АГЫНДЫСЫ СИПАТТАМАЛАРЫН БАГАЛАУ
Тушн свздер: жылыдьщ агынды, жылдык минмалды агынды, вариация коэффициент^ ассиметрия коэффициенту корреляция коэффициенту агынды кабаты.
Мацалада ЕСл взеш алабыныц неазг взендерЫц басты сипаттамаларын 2016 жылдъщ мзлтеттерн цоса журязген есептеулертщ нэтижелер1 кврсетыген.
Зерттеу нэтижелерi бойынша квпж^ыдыц минималды жазгы-куза агынды ЖYрiсiнiц аумацтыц байланыст^гл^ггы жэне жаца параметрлер мен агындыныщ эр тYрлi цамтамас^гздыцтагы мэндерi алынды.
Орташа квпж^шдыц жазгыг-кузгг минималды агытды мэм агынды цатары бузылаан кезецде шартты-табит кезецмен салыстыршнда Есш в. -Астана ц. Бкеттде 3,3 есе улзайаан, басца бекеттерде (Каменный Карьер, Петропавловск ц.) 1,6 жэне 1,2 есе сэйкестше кемшн.
Serikbay N. T., Duskaev K. K., Akhmetova S. T., Ospanova M. EVALUATION OF CHANGE OF MINIMUM DRAIN CHARACTERISTICS IN THE ESIL BASSIN
Keywords: annual runoff, annual minimum runoff, coefficient of variation, asymmetry coefficient, correlation coefficient, runoff layer.
The article presents the results of calculating the main characteristics of the rivers of the river basin. Yesil taking into account restored values using cadastral materials for 2016, inclusive.
Based on the research results, the territorial consistency of the long-term minimum monthly average summer-autumn runoff of the Esil River Basin was identified and updated, and new data on the parameters of the minimum monthly summer minimum runoff were obtained. autumn runoff with data on the given values of the main rivers.
It was revealed that the average long-term value of the summer-autumn minimum monthly average water discharge for the period with disturbed runoff increased 3.3 times as compared with the norm for the conditionally natural period on the Esil-Astana river section, and in individual positions (Kamennyi Karier, Petropavlovsk) decreased by 1.6 and 1.2 times, respectively.
