CC BY
6НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 4 2016
УДК 504.064.37; 556.16
Канд. техн. наук А.Г. Терехов 1
ПОТЕНЦИАЛ ВЛИЯНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ КИТАЙСКОГО СЕКТОРА БАССЕЙНА РЕКИ ИЛИ НА РЕЖИМ ЕЁ ВОДНОСТИ НА ГРАНИЦЕ КНР - КАЗАХСТАН
Ключевые слова: водохранилище, гидрологический режим, спутниковая диагностика, расход воды в реке, сток реки, запас воды в водохранилище, регулирование стока реки
В период с 2007 по 2016 гг. проведена спутниковая диагностика режима работы двух крупнейших водохранилищ китайского сектора бассейна р. Или Показано, что объёмы хранения воды в рабочих частях водохранилищ варьируют в пределах 0,5...3,0 км3 в зависимости от водности года и стратегии администрирования ресурсов речного стока. Потенциал влияния водохранилищ на сток р. Или в объёме 2,5 км3 превышает средний многолетний объём стока самого многоводного месяца года (июль: 2,4 км3). Таким образом, режимы сезонного заполнения (срабатывания) водохранилищ китайского сектора бассейна р. Или способны существенно влиять на сток р. Или на границе КНР - Казахстан, вплоть до формирования техногенного маловодья (многоводья) длительностью до нескольких месяцев.
Введение. Трансграничная р. Или (Иле) является одной из крупнейших рек Казахстана. В верхней части бассейна, расположенной на территории КНР, формируется около 70 % объёма стока реки. Значение р. Или для территории Казахстана определяется, отчасти, использованием речного стока в сельскохозяйственном производстве (посевы риса в нижнем течении реки), но в большей степени экологическими аспектами. Одно из крупнейших озёр мира, расположенное в Казахстане - оз. Балхаш (Балхаш) (15 место в мире по размеру, площадь зеркала 18 тыс. км2), является конечным водным объектом р. Или, а сама река обеспечивает около 80 % поверхностного притока воды в озеро.
В условиях резко континентального климата Центральной Азии, где расположен бассейн р. Или, объёмы речного стока сильно зависят от погод-
1 Казгидромет, г. Алматы
ных условий сезона. В маловодные годы объём речного стока более чем в 2 раза уступает стоку многоводных лет. Естественная вариабельность водности реки усугубляется высокой антропогенной нагрузкой, формируемой в основном сельскохозяйственным потреблением воды на территории КНР (поливная пашня до 1 млн. га).
Для оптимизации режима водопотребления в китайской части бассейна р. Или в 2007 г. было построено два относительно крупных водохранилища: Капшагайское на р. Текес (объём 2 км3) и Жарынтайское на р. Каш (объём 2,5 км3), рис. 1. Суммарный объём водохранилищ в 4,5 км3 составляет значимую часть годового стока р. Или на границе КНР - Казахстан, которая оценивается, примерно в 12 км3. Сумма рабочих объёмов этих двух крупнейших региональных водохранилищ превышает 3 км , что призвано обеспечивать устойчивое водопотребление в течение года в условиях сезонов с различным уровнем водности.
Водные ресурсы р. Или используются на территории двух стран: КНР и Казахстан. При этом каждая страна самостоятельно обеспечивает эффективность использования речного стока. Расположенная выше по течению территория КНР имеет географическое преимущество. Водопотребите-ли на территории Казахстана, расположенной ниже по течению реки, оказываются в зависимом положении. Важным моментом в оптимизации использования речного стока на территории Казахстана является корректное понимание уровня водности сезона (погодная составляющая), а также параметров антропогенной трансформации речного стока на территории КНР.
Одним из значимых факторов антропогенного влияния на сток р. Или, начиная с 2007 г., стала работа двух доминирующих водохранилищ китайского сектора: Капшагайского на р. Текес и Жарынтайского на р. Каш. Можно выделить два характерных момента изменений в режиме стока р. Или в связи с этим. Первый момент определяется изменениями гидрографов основных притоков р. Или, на которых построены водохранилища. Второй момент связан с масштабом экстремумов влияния работы водохранилищ на сток реки Иле, которые регистрировались в период с 2007 по 2016 года, что является предметом данного исследования.
Отнесение китайской стороной оперативной гидрологической информации к классу закрытой, имеющей отношение к безопасности страны, ограничивает информационную обеспеченность казахстанской стороны. Определенным выходом из этой ситуации может быть анализ спутниковых данных. Спутниковые снимки позволяют проводить диагностику на-
полненности водохранилищ, и оценивать влияние их работы на объёмы стока р. Или ниже по течению, как в аспекте средних характеристик, так и в формате величин экстремумов влияния на месячный сток.
Рис. 1. Спутниковые снимки ЬЛЫВБЛТ (разрешение 30 м) фрагмента китайской части бассейна р. Или до и после строительства двух доминирующих региональных водохранилищ (Капшагайское на р Текес и Жарынтайское на р. Каш): А - снимок за 5 августа 2000 года; Б - снимок
за 9 августа 2016 года.
Спутниковые данные. Мультиспектральные спутниковые снимки ЬАКБ8АТ-5, 7, 8 с пространственным разрешением 30 м доступны на сайте министерства геологии США (http:\\glovis.usgs.gov ). 181 снимок ЬАКБ8АТ-5, 7, 8 периода 2005...2016 гг. по сценовой позиции 146^30) привлекался для мониторинга территории китайского сектора бассейна р. Или, где расположены региональные водохранилища.
Принципы обработки спутниковой информации. Сезонные вариации площади водных зеркал доминирующих водохранилищ китайского сектора бассейна р. Или достаточно велики, примерно от 30 до 60 км2.
Минимум площади зеркала регистрируется в апреле-мае, максимум в сентябре-октябре. Спутниковый мониторинг размеров водных зеркал совместно с батиметрической информацией даёт возможность оценивать текущий уровень наполненности резервуаров [1, 2]. Анализ 10-летнего периода (2007...2016 гг.) работы Капшагайского (р. Текес) и Жарынтайского (р. Каш) водохранилищ позволяет построить статистически корректные характеристики (минимум, среднее, максимум) наполненности резервуаров в течение года (рис. 2).
0,0 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-L-
0 30 60 90 120 150 ISO 210 240 270 300 330 360 День года
Рис. 2. Спутниковые оценки суммарного запаса воды в рабочих частях Капшагайского (р. Текес) и Жарынтайского (р. Каш) водохранилищ в течение года. Период наблюдений: 2007... 2016 гг. 1 - максимум, 2 - среднее,
3 - минимум.
Обсуждение полученных данных. 3-D модели резервуаров водохранилищ совместно со спутниковым мониторингом размеров их водных зеркал дают оценку текущих запасов воды. Каждый пролёт спутника с качеством снимка, достаточным для определения площади водного зеркала, позволяет рассчитать величину запаса воды в рабочей части водохранилища. Периодичность посещения спутниками LANDSAT одной сценовой позиции (в данной работе это позиция WRS-2: 146^30) составляет раз в 8 дней. Линейная аппроксимация переводит 8-дневные оценки к суточным, которые служат основой для всех последующих вычислений и анализов.
На рис. 3 показаны величины многолетних вариаций суммарного запаса воды в рабочих частях основных региональных водохранилищ, регистрировавшиеся спутниками в течение 2007...2016 гг., в сравнении со средним многолетними (месячные данные) объёмами стока р. Или (сумма стока р. Каш и Текес).
0.0 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-L
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 День года
Рис. 3. Средний (1960... 2005 гг.) суммарный объём месячного стока рек Текес и Каш в нижнем течении (1). Спутниковые оценки вариативности суммарного запаса воды в рабочих частях Капшагайского (р. Текес) и Жарынтайского (р. Каш) водохранилищ в период 2007... 2016 гг. (2).
Влияние на сток р. Или в китайской части бассейна от срабатывания водохранилищ может быть весьма значительным. Например, в декабре максимальное влияние на величину расхода воды в р. Или фиксировалось в сезоне 2016 г., (+286 м3\с), минимальное - в 2008 г. (+5,6 м3\с). В тёплый период регистрируется обратный процесс - изъятие воды из стока реки для заполнения водохранилищ. Например, в июне вариации влияния водохранилищ на среднемесячный расход воды по спутниковым оценкам составляли от (-4 м3\с) в сезоне 2013 г., до (-447 м3\с) в сезоне 2016 г. Информация по величинам экстремумов влияния работы водохранилищ на месячные стоки р. Или в период 2007.. .2016 гг. представлена в таблице.
Таблица
Вариации суммарного расхода воды в основных притоках р. Или (рр. Текес и Каш) и экстремумы влияния на сток р. Или от работы (заполнение-срабатывание) двух доминирующих региональных водохранилищ (Капшагайское и Жарынтайское) зарегистрированные в период 2007.2016 годов, м3\с
Вариации (1957. 2005 гг.) Экстремумы влияния
суммарного расхода воды: работы водохранилищ на
Месяц р. Текес + р. Каш (при сток р. Или, (-) изъятие
впадении в р. Или) воды; (+) поддержка стока
среднее минимум максимум минимум максимум
Январь 130 95 173 +6 +86
Февраль 119 96 173 +27 +88
Март 144 108 229 +24 +170
Апрель 246 126 418 -59 +162
Вариации (1957. 2005 гг.) Экстремумы влияния
суммарного расхода воды: работы водохранилищ на
Месяц р. Текес + р. Каш (при сток р. Или, (-) изъятие
впадении в р. Или) воды; (+) поддержка стока
среднее минимум максимум минимум максимум
Май 468 263 857 -185 +47
Июнь 791 456 1184 -447 -4
Июль 904 607 1253 -220 -34
Август 765 557 1230 -393 -23
Сентябрь 401 254 714 -124 +5
Октябрь 237 182 365 -74 +129
Ноябрь 177 131 283 +54 +194
Декабрь 133 110 212 +6 +286
Выводы. Ввод в эксплуатацию на территории КНР в 2007 г. Кап-шагайского (р. Текес) и Жарынтайского (р. Каш) гидроузлов с водохранилищами суммарного объёма 4,5 км3 определило появление ещё одного фактора антропогенного влияния на сток трансграничной р. Или в верхней, китайской части её бассейна. Сезонное наполнение и срабатывание рабочих частей этих водохранилищ в объёме около 3 км3 воды способно значимо влиять на расход воды в р. Или на границе КНР - Казахстан.
По данным за 2007...2016 гг. максимальное влияние на сток р. Или от работы региональных водохранилищ регистрировалось в декабре и июне. Например, в декабре 2016 г. река получила дополнительную поддержку от срабатывания водохранилищ в размере 286 м3/с, что существенно превышает многолетний максимум естественного стока рек Текес и Каш (212 м3/с). В июне 2016 г. изъятие воды из речного стока Или для наполнения водохранилищ оценивалось по спутниковым данным в 447 м3/с, что превышает разницу между средним уровнем и многолетним максимумом (393 м3/с), или многолетним минимумом (335 м3/с).
Таким образом, экстремальный режим работы водохранилищ китайского сектора бассейна р. Или на заполнение способен изменить водность основных притоков р. Или в течение месяца от многолетнего максимального уровня до среднего или от среднего к маловодному. С учётом того, что основные китайские потребители воды (пахотные земли) находятся ниже водохранилищ по течению, сток р. Или на границе КНР - Казахстан в течение 1.2 месяцев может быть существенно занижен антропогенной нагрузкой, особенно при водности года, ниже среднего уровня.
В настоящее время при моделировании водности р. Или на границе КНР - Казахстан с прогнозным горизонтом 1.2 месяца и менее полезно
включать информацию по фактической заполненности водохранилищ китайского сектора бассейна и ожидаемому режиму их работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Терехов А.Г., Долгих С.А. Спутниковый мониторинг гидрологического режима водохранилища на реке Текес (китайская часть бассейна реки Иле) // Вестник КНУ (серия географическая) - 2015. - № 1(40). -С. 143-147.
2. Терехов А.Г., Пак И Т, Долгих С.А. Данные ЬАКБ8АТ-5, 7, 8 и ЦМР в задаче мониторинга гидрологического режима Капшагайского водохранилища на реке Текес (китайская часть бассейна реки Иле) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2015. - Т. 12. - № 6. - С. 174-182.
Поступила 26.12.2016
Техн. гылымд. канд. А.Г. Терехов
ЦАЗАЦСТАН МЕН ЦХР ШЕКАРАСЫНДАГЫ 1ЛЕ ЭЗЕНШЩ СУЛЫЛЫГЫНЬЩ ТЭРТ1БШЕ ЦЫТАЙ СЕКТОРЫНДАГЫ ОРНАЛАСЦАН 1ЛЕ вЗЕНШЩ БАССЕЙНДАГЫ СУ ЦОЙМАЛАЛАРЫНЫЦ ЭСЕР ЕТУ ПОТЕНЦИАЛЫ
Тушн свздер: су ^оймасы, гидрологияльщ режим^ спутникпк, а^аульщ , езендеп су агыны, езеш агыны, су ^оймасындагы су жетюзу, реттеу езен агыны
Цытай секторындагы 1ле озентц бассейндег1 ею ¡р1 су цоймаларыныц 2007 мен 2016 жылдар аралыгындагы жумыс гстеу цабыетгне сергктгк диагностикасы жасалган. Жылдыц сулылыгына царай жэне де езеннщ агу ресурстарыныц басцару стратегиясына байланысты су цоймалардын жумыс жасайтын болгмдертде суды сацтау колем1 0,5...3,0 куб. км-га дешн озгерт туратыны корсетыген. Су цоймаларыныц 1ле озентц агымына 2,5 куб. км колемтде эсер ету кушг, ец сулы болган жылдагы (штде: 2,4 куб. км) айдын коп жылдыц орташа санын асып тустг. Сонымен, Цытай секторындагы 1ле озентц бассешннщ су цоймаларыныц мезгтдт толу (босатылуы) тэрт1б1 Цазацстан мен 1ХР шекарасындагы 1ле озентц озгеру1не байцаулы эсер ету1 мумкт, коп айлар бойы сацталатын техногенд1к су тапшылыгы (су коптт) болуы мумюн.
Terekhov A.
THE POTENTIAL OF THE INFLUENCE OF CHINESE RESERVOIRS ON THE RIVER ILE RUNOFF ON THE BOUNDARY OF THE CHINA - KAZAKHSTAN
Keywords, reservoir, hydrological regime, satellite diagnostics, river discharge, river runoff, water deposits in the reservoir, flow regulation river
The satellite diagnostics of the seasons (2007... 2016 year's) evolution of the two dominant reservoirs in Ile river basin was carried out. It was determined the water deposits in reservoir working parts are varied from 0.5 to 3,0 km3. The volume of reservoir's water deposits depended from values and using regime of season's river Ile runoff. The reservoirs have the 2,5 km3 water potential of the influence on river Ile runoff. This is more then the biggest season average of the month's runoff (July -2,4 km3). Thus the reservoir's water deposits can to have solid influence on parameters ofIle river runoff during several months.
