CC BY
111
Экология
Вестник ДВО РАН. 2015. № 5
УДК 556.048
ЮН. ЖУРАВЛЁВ, СВ. КЛЫШЕВСКАЯ
Проблема регулирования уровня воды в бассейне озера Ханка (Приморский край)
Предлагается проект регулирования опасных колебаний уровня воды в оз. Ханка (Приморский край) на основе альтернативной регулируемой системы отвода воды из озера. Статья инспирирована событиями затопления на побережьях оз. Ханка.
Ключевые слова: регулирования уровня воды, модель стока, гидрологический режим, поступление и сброс воды, бассейн озера, речной сток.
The problem of regulation of the water level in the pool of the Khanka Lake, Primorsky Territory.
Yu.N. ZHURAVLEV, S.V. KLYSHEVSKAYA (Institute of Biology and Soil Science, FEB RAS, Vladivostok).
The project on regulation of the harmful effects of water level fluctuations in the Khanka Lake (Primorsky Territory) is proposed on the basis of the alternative system of water drainage of the Lake. The paper was invoked by the events of overflows on the Khanka Lake shore.
Key words: regulation of water level, flow model, the hydrological regime, entry and discharge of water, lake pool, river flow.
Уникальная экосистема оз. Ханка (рис. 1) требует пристального внимания со стороны природоохранных организаций, органов власти и управления в связи с постоянно растущим начиная с 2002 г. уровнем воды в реках бассейна и самом озере. В 2013-2014 гг. средний уровень озера не опускался ниже 378 см, в 2015 г. в летние месяцы держался на отметках выше 400 см. Это привело к подтоплению приханкайской низменности, возникла угроза жизнедеятельности населенных пунктов и объектов сельскохозяйственного и промышленного назначения. В годы резких падений уровня воды в озере, случающихся периодически, остро встает проблема водоснабжения рисово-мелиоративных систем и объектов инфраструктуры прилежащих территорий.
По акватории озера проходит граница между Россией и Китаем. На китайской стороне активно идет индустриализация всех видов деятельности, что порождает дополнительные проблемы (см. ниже раздел «Антропогенный аспект»).
Содержание воды в оз. Ханка и производные от него показатели уровня воды и глубин в озере имеют принципиальное народнохозяйственное значение. Однако это содержание непостоянно. Известно, что до начала строительства железной дороги осуществлялось судоходство по маршруту Хабаровск-Камень-Рыболов [15]. В настоящее время здесь могут пройти только легкие катера с малой осадкой. Это формирует представление о масштабном обмелении Ханки, что является ошибочным и находится в противоречии с фактами
*ЖУРАВЛЁВ Юрий Николаевич - академик, директор института, КЛЫШЕВСКАЯ Серафима Владимировна -научный сотрудник (Биолого-почвенный институт ДВО РАН, Владивосток). *Е-таП: zhuravlev@biosoil.ru.
Статья написана по материалам доклада, прочитанного на Восточном экономическом форуме (3-5 сентября 2015 г., Владивосток). Работа поддержана грантом ДВО РАН № 15-1-1-038э.
Рис. 1. Карта-схема оз. Ханка и его окрестностей (по [4])
недавних затоплений домов и огородов в поселках, расположенных на берегу озера. Уровень воды в местах расположения насосных станций, обслуживающих системы рисовых чеков, близок к критическому, станции в случае затопления будут не в состоянии работать. Создается впечатление катастрофического переполнения озера. Нагонные ветровые явления усугубляют ситуацию.
Какое представление считать верным? Чего ждать и как поступать сегодня, завтра и в более отдаленном будущем? Ответа на эти вопросы ждут в основном от академических институтов Федерального агентства научных организаций Дальнего Востока. Летом 2015 г. институты ДВО РАН по инициативе ДВТУ ФАНО предприняли две обзорные экспедиции по оз. Ханка, в результате которых Администрации Приморского края и ДВТУ ФАНО предложены два предварительных проекта участия институтов ДВО РАН в решении
названных проблем. В основе проектов примерно одинаковый фактический материал, они отчасти дополняют друг друга, но расходятся в оценке роли и масштаба предварительных исследований, а также по существу предлагаемых решений: в одном проекте говорится о том, чтобы защитить берега озера дамбами, другой направлен на регулирование уровня воды в оз. Ханка. Суть второго проекта изложена ниже.
1. Состояние изученности проблемы
История изучения природных комплексов бассейна оз. Ханка связана с открытиями выдающихся исследователей юга Дальнего Востока Н.М. Пржевальского, В.Л. Комарова, К.И. Максимовича, Р.К. Маака, Л.И. Шренка, В.К. Арсеньева, М.Г. Васьковского и многих других. Лучшим и наиболее подробным источником сведений об оз. Ханка является монография М.Г. Васьковского «Гидрологический режим озера Ханка» [1]. Книга представляет собой сжатый, но многосторонний по охвату обзор гидрологических данных, собранных соответствующими службами к 1970-м годам.
Масштабное геологическое исследование Ханкайского массива было предпринято в конце ХХ-начале нынешнего века. Результаты этих работ отражены во многих публикациях [6, 7, 11, 12]. В целом авторы настоящей статьи согласны с тем, что Приханкайская низменность «покоится» на расчлененной и подвижной основе, вулканическая и тектоническая активность которой легко доказывается в прошлом и настоящем: два мощных землетрясения вблизи Ханки были совсем недавно - в 1967 и 2014 гг., берега озера до сих пор хранят следы вулканической деятельности. Эти данные указывают, что при анализе причин, ответственных за колебания уровня воды в Ханке, необходимо учитывать и геофизические процессы. Последняя регрессивная стадия оз. Ханка отражена горизонтом глинистого торфа, залегающего в интервале 125-130 см [9]. Учитывая приуроченность двух предыдущих регрессивных стадий озера к холодным климатическим эпохам, можно предположить, что последняя из них происходила также в холодном эпизоде заключительной фазы «малого ледникового периода» второй половины ХУ1-первой половине XIX в.
Озеро в его современном виде сформировалось около 3000 лет назад. Предполагается тектоническое происхождение котловины озера в плиоцене. В начале плейстоцена на его месте существовала развитая речная сеть, связанная с бассейном Палео-Амура. В четвертичный период большая часть Ханкайско-Уссурийской равнины была покрыта водой, которая на протяжении сотен тысяч лет постепенно испарялась. В конце концов на дне чаши остался мелкий, не более 10 м в глубину, но по-прежнему самый крупный водоем Дальнего Востока, известный как оз. Ханка. Озерный водоем возник в среднем плейстоцене, причем его размеры в дальнейшем сильно изменялись. Древние увеличения площади озера происходили в периоды потеплений, уменьшения площади - соответственно, в периоды похолоданий [6, 7].
Ханка относится к бассейну р. Амур. В озеро впадает несколько рек, а вытекает из него только одна - Сунгача, соединяющая Ханку с р. Уссури. Из рек, впадающих в озеро, наиболее значительны Большие Усачи, Комиссаровка, Мельгуновка, Илистая, Спасовка и Гнилая. В период таяния снега и дождей эти реки часто, но не каждый год, переполняются и выходят из берегов, существенно влияя на уровень воды в озере.
Общая площадь водосбора оз. Ханка - 1 689 000 га, в том числе на территории России - 1 537 000 га. На китайской территории значительная часть водосбора относится к оз. Малая Ханка, отделенному от основного водоема узкой песчаной косой. Между озерами существует обмен за счет просачивания, а в многоводные годы они соединяются протокой. Искусственные водоемы представлены оросительными и осушительными каналами. Оросительные каналы заполняются водой только на период полевых работ, в осушительных каналах вода может стоять круглый год. Средняя глубина оз. Ханка - 4 м, максимальная - 10 м. Глубины пойменных водоемов обычно не превышают 1-1,5 м. Сгонно-нагон-ные колебания уровня воды зависят от силы, продолжительности и направления ветров.
Озеру Ханка и в наше время свойственны многолетние циклические колебания уровня воды. В результате таких колебаний площадь водной поверхности озера может меняться от 501 000 до 394 000 га, а объем воды - от 22,6 до 12,7 км3. Среднемноголетние превышения над условно принятой нулевой отметкой (66,0 м Балтийского створа) составляют около 300 см. В годы максимального подъема воды уровень достигает 401 см (1933 г.), а при наложении нагонных явлений - 450 см, что приводит к губительным наводнениям. В годы регрессии уровень воды в озере не превышает отметки 200 см (193 см в 1954 и 1980 гг.). Причина столь значительных колебаний уровня воды, вероятно, кроется в ритмичной интенсивности муссонной циркуляции, определяющей степень увлажнения южных районов Приморья [1]. В годы, когда выпадает значительное количество осадков, вода из озера переливается через береговые валы и затапливает пойменную часть низменности.
Периодические колебания уровня воды в озере приводят к весьма значительным циклическим изменениям в экологической обстановке, в разных фазах благоприятствуя то одним, то другим группам животных и растений, обитающим или произрастающим в наиболее пониженных частях ханкайской котловины. Циклические колебания уровня воды в оз. Ханка определяют биологическую емкость угодий, состав и численность населяющих его животных [2-4, 14]. Продолжительность циклов колебаний уровня непостоянна, исчисляется десятками лет и, по-видимому, имеет тенденцию к увеличению (рис. 2).
Уровень воды в оз. Ханка (с. Астраханка)
450 -
150 -
Годы
Рис. 2. График хода среднего годового уровня оз. Ханка (по данным Примгидромет)
Озеро Ханка лежит в области умеренного муссонного климата восточного сектора материка. Климатические условия в Ханкайской котловине определяются в основном мус-сонными и местными циркуляционными процессами. При тихой погоде летом котловина хорошо прогревается, а зимой аккумулирует холодный воздух. Средняя температура июля +20 °С. Выпадает 600 мм осадков в год, из которых 500 мм - в летнее время.
Преобладающим ландшафтом восточной и юго-восточной частей побережья являются открытые равнины. Основные элементы этого ландшафта - сырые травянистые луга, болота, плавни. Почвы болотные торфяно-глеевые и полуболотные дерново-подзолистые глееватые. Дно озера песчаное.
Долины рек в настоящее время заняты сельскохозяйственными угодьями. Впадающие в Ханку реки выносят в озеро (в приустьевые участки) большое количество рыхлого материала. В период высокого подъема воды идет активное размывание низменных торфяных берегов и переотложение органического вещества. В результате сгонно-нагонных процессов вода в пойменных водоемах и на мелководьях постоянно мутная.
Водно-болотные угодья бассейна оз. Ханка представляют собой уникальный природный комплекс, охраняемая часть которого входит в трансграничный заповедник «Ханкай-ский» (рис. 1). Приханкайская низменность и собственно берега озера представляют собой
достаточно заболоченную местность. Характерны для Ханки так называемые плавни -растительные сообщества, образованные различными видами осок и злаковых. Они формируют прочную дернину, покрывающую водное зеркало на многие десятки квадратных километров. Здесь представлены луга (от заболоченных до остепненных), лугово-лесные, лесостепные и степные растительные сообщества. В самом озере обитает более 70 видов рыб [5] и десятки видов водных беспозвоночных, среди которых много эндемичных. На берегах гнездятся и останавливаются во время перелета разнообразные птицы [5, 8].
Озеро Ханка - самая крупная пресноводная акватория на востоке Азии, через ее территорию проходят пролетные пути многих птиц. Южные и восточные берега Ханки низкие, заболоченные и затопленные, что привлекает сюда водно-болотных птиц. Наиболее благоприятна для водоплавающих птиц средняя фаза водного режима озера с достаточно высоким - примерно 300 см, но не высшим уровнем воды. Эта фаза длится 5-7 лет. При постепенном подъеме воды от донного грунта отрываются сплавины, возникает масса мелких озерков, повышается мозаичность местообитаний, меняется аспект растительности, повышаются защитные качества угодья. В результате возрастает успешность гнездования и роста птенцов птиц водного комплекса [5, 13, 16].
В годы максимального уровня воды при наложении нагонных явлений и штормов (что обычно для Ханки) сплавины разбиваются на мелкие, плавающие по всему озеру островки и разрушаются, что вызывает массовую гибель гнезд водоплавающих. В маловодные годы сплавина ложится на дно, прикрепляется к нему и при нагонах затопляется, что также вызывает массовую гибель гнезд. Охарактеризованная схема экологических сукцессий осложняется экстремальными погодными явлениями, забором воды для нужд рисоводства и т.д. [13].
Озеро Ханка относится к испарительно-дождевым водоемам, это означает, что обмен воды в озере происходит преимущественно через атмосферу. Озеро относится к слабопроточным водоемам, его расчетная водообменность около 9,8, полный обмен воды происходит через 10 лет. В многолетнем водном балансе озера среднегодовой слой атмосферных осадков, приходящихся на его поверхность, составляет 567 мм. Этот слой формирует 54 % приходной части баланса. Остальные 46 % приходятся на речной приток, годовой объем которого составляет 1,72 км3. Основная его часть поступает по притокам: р. Илистая -0,78 км3, р. Комиссаровка - 0,34, р. Мельгуновка - 0,32, р. Спасовка - 0,21 км3. Расходная часть баланса складывается из испарения с поверхности озера (584 мм, или 56 % общих потерь воды) и стока по р. Сунгача (44 %) [1].
В последнее время ежегодно среднегодовой уровень близок к 400 см, что соответствует содержанию в Ханке примерно 22,6 км3 воды. Исходя из данной цифры и расчетного значения стока р. Сунгача (80 м3/с) нетрудно посчитать, что силами одной этой реки накопленная масса воды будет сброшена в Уссури примерно за 9 лет. Понятно, что в действительности надо сбросить хотя бы верхнюю треть водного тела. Но и на это р. Сунгача потребуется 3-4 года.
В зависимости от общего баланса осадков на территории Приморья (и отчасти Китая) вклад осадков, выпадающих на поверхность озера, может сильно меняться: быстрое таяние снегов, тропические ливни, выпавшие на насыщенную влагой долину и предгорья, а также диффузия почвенных вод могут изменить соотношение вкладов разных, в том числе и очень отдаленных источников. В частности, подъем воды в р. Уссури приводит к тому, что в р. Сунгача наблюдается обратный ток воды - это не только препятствует оттоку воды из Ханки, но и вызывает переотложение взвешенных в воде масс, меняя тем самым рельеф дна озера. Хозяйственная деятельность, прежде всего мелиорация и рисосеяние, оказывает свое влияние как на водный баланс, так и на качество воды в озере и на его биологическую продуктивность, особенно в засушливые годы. Вклад перечисленных явлений в водный баланс озера изучен недостаточно, часты приблизительные и интуитивные оценки. По некоторым данным [10], ежегодно насосные станции (Сиваковская, Новосельская № 3) откачивают излишки воды с оросительных систем и земель поселений в объеме
11400-18600 тыс. м3, что составляет не более 1 % от максимального запаса воды в Ханке. Для перекачки этой воды р. Сунгача потребовалось бы примерно 65 ч в период максимальной интенсивности сброса или более 100 ч при среднестатистическом уровне воды. В засушливые годы с низким стоянием воды в Ханке деятельность всех насосных станций, включая китайские, может оказаться сравнимой с деятельностью р. Сунгача. В такие годы совместная работа станций и реки может переместить половину объема воды (менее 12 км3) за вполне реальное время. Тут важно заметить, что Сунгача сбрасывает воду в Уссури, а большинство станций возвращают воду в Ханку.
Точные количественные характеристики этих процессов важны для проекта регулирования уровня воды в озере. Это тем более важно, что продолжительные ветра главенствующих направлений могут сильно поднимать воду вдоль прибойного берега. Высота волн при скорости разгонного ветра выше 20 м/с может превышать 2,5 м [1]. В многоводные годы эта вода забрасывается за прибрежный вал или обращает вспять реки Кулешовка, Спасовка, Гнилая протока.
Анализ графика многолетних колебаний среднегодового уровня воды в Ханке (рис. 2) дает основание предполагать, что их размах (по крайней мере, размах колебаний в сторону превышения) постепенно увеличивается. Возможно, что подъем уровня воды в Ханке в начале прошлого века не уступает наблюдаемому в наше время.
В июле-августе 2015 г. силами сотрудников ДВО РАН проанализирована ситуация, сложившаяся в бассейне оз. Ханка, и проведены две обзорные экспедиции - водная (БПИ) и наземная (ТИГ, ИВЭП).
2. Аспекты проблемы регулирования уровня оз. Ханка
2.1. Гидрологический аспект
Считается, что уровневый режим озера контролируется двумя факторами [1]. Первый из них - водный баланс озера, динамика которого определяет общий сезонный и многолетний ход уровней, обусловленный величиной влагозапаса, накопленного на каждый момент времени. Второй фактор - ветровые воздействия, вызывающие систематические сгонно-нагонные изменения уровня. Действительно, осадки играют важную роль в водном балансе Ханки, однако на фоне многолетнего роста уровня случаются засушливые годы, которые не нарушают тенденцию роста. Кроме того, на огромной площади озера обязательно существуют подземные (подводные) источники, вклад которых не оценивался ни в одном балансе.
2.2. Геофизический аспект
Динамика уровня воды в Ханке может отражать и более сложную картину, связанную с подвижками земной коры, изменениями рельефа дна и окрестностей озера. Данные нивелирования вдоль железной дороги качественно подтверждают наличие вертикальных смещений в северной части Ханкайской низменности. Ханка располагается в зоне повышенной сейсмической активности, структура основания Ханкайского массива неоднородна и имеет признаки опускания (синклинального прогиба) в геологическом прошлом. Отсутствие наблюдений за вертикальными перемещениями суши в бассейне Ханки делает невозможной оценку достоверности выводов о причинах изменения гидрологического режима бассейна.
2.3. Биологический и почвенный аспекты
Кроме физического переноса материала дна ветром и течением на особенности оттока могут влиять процессы трансформации (создания, транспорта и выпадения
в осадок) органического вещества в самом оз. Ханка и в его окружении. Состав растительности определенно влияет на фильтрационные способности береговых валов Ханки и низменных структур и водоемов окружения. Скорость испарения с поверхности меняется с изменением плотности стояния растений. Транспирация растений на затопляемых низменностях вносит важный вклад в испарительную часть баланса, но определить этот вклад как некую постоянную, по-видимому, нельзя, так как в разные годы затапливаются разные площади разных территорий.
2.4. Антропогенный аспект
Динамика стока воды в Ханкайской низменности путем фильтрации и перетока (поверхностного стока) оказалась изменена системой рисовых чеков и каналов мелиорации. Это особенно наглядно на восточном берегу озера. Раньше р. Сунгача принимала избыточные воды, выплеснувшиеся из Ханки за черту прибрежных валов, всей своей береговой (очень извилистой!) линией, а не только устьем. Неопределенная часть этой воды стекала в северном направлении по всей площади низменности. В эти стоки вносили не-высчитанный вклад реки Красная и Белая. Но строительство железной дороги в начале ХХ в. и прокладка Чкаловского и Александровского каналов с дамбами, ориентированными ортогонально к основному направлению стока на этом участке, сильно изменили ситуацию. Важную роль в этом процессе сыграло спрямление русл рек Красная, Белая, Шмаковка. Каналы вдоль берега Ханки, вдоль р. Сунгача и Кабаргинский канал оказывают разнонаправленное влияние на сток.
На территории Китая в бассейне Малой Ханки существуют развитые мелиоративные системы, питающиеся из р. Мулинхэ и сбрасывающие дренажные воды в Малую Ханку и Ханку. Поскольку Мулинхэ впадает в Уссури много ниже места впадения р. Сунгача, то по отношению к озеру мелиоративными системами осуществляется межбассейновая переброска стока, мощность которой пока оценивается только приблизительно.
3. Обоснование проекта «Второй Сунгач»
3.1. Цель проекта
Следует организовать вмешательство в движение водных масс в бассейне оз. Ханка так, чтобы оно было направлено на снижение уровня воды в озере в многоводные годы и на сокращение расходов в маловодные годы. Для этого нужно использовать потенциал волны ветрового нагона и потенциал наклона низменного клина для направления на север ханкайской воды, выплеснувшейся за пределы берегового вала на восточном побережье. Одновременно надо блокировать перемещения воды в западном направлении. В маловодные годы сброс воды в северном направлении следует ограничить.
3.2. Краткое содержание проекта
В первом приближении проблему растущего уровня воды в оз. Ханка может решить осуществление проекта по регулируемому параллельному с р. Сунгача сбросу ханкайской воды в р. Уссури. (Поэтому мы назвали проект и предлагаемую систему «Второй Сунгач»*.) Однако мы не предлагаем проложить прямой сбросовый канал, скажем, от Новосельского к Марково или Лесозаводску (хотя и этот канал был бы полезен тем, что исключил бы из баланса озера приточные воды рек восточного берега). Мы предлагаем
* Мы предлагаем вернуться к историческому названию реки «Сунгач»: На карте д'Анвиля 1752 г. озеро имеет название Хинка, а из озера вытекает р. Сонгачан, впадающая в р. Усури (Шип). А на карте 1860 г., приложенной к Пекинскому договору, - «Сунгачан», на русском языке. Население пользуется кратким - Сунгач.
соединить естественные и искусственные водные объекты низменного клина так, чтобы обеспечить непрерывный градиент падения высоты от рисовых полей того же Новосельского к месту слияния рек Сунгача и Уссури, при этом по возможности восстановить существовавшие раньше подсистемы стоков и перетеканий в одну непрерывную систему, достаточно изолированную от действующей р. Сунгача.
В самом общем виде проект распадается на два этапа. Первый - восстановление естественного стока воды по всем площадям каждой подсистемы низменного клина. Для этого следует перекрыть обводные каналы, возвращающие воду в Ханку, на каналах вдоль дорог и дамб установить шлюзы и заглушки. Там, где окажется возможным, открыть каналы для водообмена с окружением. Второй этап - замыкание подсистем низменного клина восточного берега с созданием непрерывного искусственного водотока (системы каналов и свободных перетеканий), отводящего воду низменности к уровню Уссури (в Лесозаводске).
Общим теоретическим основанием проекта являются два взаимосвязанных факта. 1. Воды в устье р. Спасовка и в истоке р. Сунгача находятся примерно на одном уровне относительно некоторого абсолютного нуля (БС, например), по крайней мере, так бывает в Ханке во время штиля при достаточно высоком стоянии воды [1]. 2. Проект «Второй Сунгач» предусматривает окончание системы на той же отметке уровня, что и действующая р. Сунгача. Перепад высоты на этой дистанции составляет около 7 м [1, с. 6-7]. Отсюда ясно, что в принципе система «второй Сунгач» должна работать. Эффективность ее работы будет определяться не только перепадом высот, но и особенностями инженерных решений в конкретных условиях связи слагающих ее подсистем.
3.3. Особенности проекта
Мы временно отказываемся от полномасштабных гидрологических и гидрометеорологических исследований Ханкайского бассейна. В этом смысле исследовательская часть предлагаемого проекта в разы дешевле исследований полномасштабного проекта, но это отнюдь не дешевый проект. Геофизические характеристики зоны низменного стока, его подсистем, определения и расчеты углов наклона и скоростей течения (протока, фильтрации) все равно потребуются. Где-то можно использовать результаты уже проведенного нивелирования, но здесь есть некоторая опасность, связанная с приведением данных к общему нулю. Возможно, будут необходимы пункты космического мониторинга (геофизические станции) по пространству клина, минимально - в Новосельском, Ново-Михай-ловке и на вершине клина. Их задача - прогнозировать движения земной поверхности в точках наблюдения и тем самым давать основу для управления стоком системы. Станции должны быть сертифицированы.
Для регуляции стока мы предлагаем использовать имеющиеся инженерные сооружения (дороги и каналы) после их оптимизации в направлении увеличения проницаемости для стока на север и регулировании стока по магистралям (на запад). Приспособления для регуляции водотоков есть в большей части рисовых систем и отчасти в системах мелиорации. Это, однако, не исключает необходимость строительства новых сооружений. Что-то придется соединить, что-то перекрыть, а где-то углубить или прокопать заново. Наибольшую сложность для практического воплощения вызовут места пересечения планируемой системы с естественными водотоками рек, где потребуется создание дополнительных резервуаров для хранения воды и выравнивания высот. Проблему также представляет преодоление Хорольско-Гайворонского вала, где на поверхность выходят породы фундамента. На местности есть и другие поднятия.
Проект «Второй Сунгач» нацелен на разработку мероприятий по снижению опасных последствий колебания уровня воды в Ханке. Цель достигается благодаря разработке схемы и осуществлению альтернативной регулируемой системы отвода воды из озера.
Понимая важность проблемы, дефицит времени и финансирования, мы предлагаем начать решение проблемы с создания модели. Конечно, мы не предполагаем создание
математической модели в полном объеме, как это, возможно, было бы сделано при условии выполнения полномасштабного проекта. Но, имея возможности решать проблему в традиционном режиме последовательных операций «исследование-модель-прогноз», мы считаем, что начинать исследование надо с создания модели стока. Повлиять на приход воды в озеро невозможно, необходимо учитывать все параметры ее поступления (впадающие в озеро реки, осадки, подземные источники) для расчетов изменения водных запасов, уровня и площади зеркала. Принимая приход воды в озеро как данность, необходимо моделировать ее сток. Здесь важно выделить, что наше представление о стоке в Ханкайском бассейне сильно отличается от распространенного убеждения, что воды Ханки разгружаются единственной р. Сунгача. Да, Сунгача вытекает из Ханки, это очевидно. Да, бар в истоках Сунгачи влияет на пропускную способность реки, и это тоже очевидно. Но не только Сунгача участвует в расходном балансе, и это не так уж очевидно. М.Г. Васьков-ский отводил неучтенным в его балансе процессам не более 12 % от общего, но был вынужден ввести большие поправки в расчеты 1958 г., когда уровень воды в осенние месяцы сильно поднялся [1].
В расходной части водного баланса, по нашему предположению, участвует значительная часть Приханкайской низменности, в том числе - вся ее северо-восточная часть от мыса Спасский до места слияния Сунгачи и Уссури. С учетом этого, данного нами предположения, начинать надо с пространственной модели стока как системы емкостей, в которых помещается, переливается, сочится (фильтруется) и испаряется вода Ханкайского бассейна. В настоящее время эта система представлена приустьевыми структурами впадающих рек, мелиоративными системами, часть которых вовлечена в сельскохозяйственное производство, а часть заболочена вторично или испокон веку. Благодаря этому в восточном обрамлении Ханки располагаются обширные озерно-болотные угодья, образующие сильно вытянутый на север клин с острием в месте слияния Сунгачи и Уссури (большая часть Уссури отгорожена Синегорьем) и с узким основанием на границе Спасского и Черниговского районов. Окрестности основания клина подняты в направлении синегайской группы сел, отделяя черниговскую часть бассейна Илистой от спасской части бассейна с реками Спасовка и Кулешовка. Однако по мере приближения к Ханке поднятие сглаживается и переходит в болотистую часть Приханкайкой низменности. Конфигурация низменности в сточной части Ханкайского бассейна, конечно, сложнее, но для первых приближений такого осреднения достаточно. Наша задача - выяснить, на какие емкости эта часть стока распадается. А также надо решить, была ли эта система едина в недалеком (до освоения Приморья) прошлом и осталась ли она таковой в настоящем.
Если Приханкайская низменность (т.е. система озер и болот за валом ханкайского берега) Спасского, Кировского и Лесозаводского районов когда-то представляла собой единое целое, то ее воды должны были двигаться в том же направлении, что и в бассейне в целом, чтобы рано или поздно оказаться в Ханке, в Сунгаче или в Уссури или испариться по пути. Движущей силой являлся более чем 7-метровый перепад высоты в этом направлении в пределах клина.
Отметим, что у воды, двигающейся по заболоченному заросшему тростником и вей-ником пространству, шансов испариться гораздо больше, чем у двигающейся по чистому зеркалу. При ширине клина стока в 10-15 км (расстояние от села Спасское до Новосельского 20 км) и при средней глубине болот 0,5 м (глубина торфяных болот достигает 2,5 м) живое сечение клина составит более 5000 м2. Принимая площадь живого сечения Сунгачи за 150 м2 (50 м ширины и 3 м глубины), приходим к выводу, что эффективности речного и болотного стоков будут примерно равны, если скорость болотного стока будет в 30 раз ниже скорости речного. Скорости фильтрации предположительно ниже этого порога, а скорости перетекания близки к нему или превосходят, но тут нужны конкретные измерения для конкретных условий. Поэтому можно ожидать, что в некоторых условиях стоки по клину и по руслу будут сравнимы по эффективности. Что это за условия? Для ответа надо учесть еще одно важное обстоятельство
Пока мы исходили из представления, что озерно-болотный клин (дальше - клин) составляет единую систему стока. Однако сейчас это не так. Мелиоративные и другие инженерные сооружения сильно изменили характер связей в этой природной системе. Дамбы и дороги ограничили или прервали сток в северном направлении, куда в целом наклонена интегральная плоскость суши клина. Каналы обеспечили быстрый обратный сброс вод низменности в озерный бассейн. Вследствие этого единая прежде система низменного стока оказалась разбита на несколько подсистем разной площади и конфигурации. Ортогональными (к стоку) границами выделяющихся подсистем являются дороги, большинство из них - насыпные сооружения, исключающие фильтрацию в значимых для модели масштабах. Возможности перетока ограничиваются мостами и трубами, где они есть.
Вторым контуром подсистем являются каналы, проложенные вблизи или на некотором удалении от дорог. В южной части клина контуры дорог и каналов работают согласованно: дороги ограничивают сброс воды в направлении стока, каналы возвращают воду в Ханку. В результате общее содержание воды в озере не меняется, а в силу наличия поступлений (из дождей и рек) - увеличивается. В северной половине клина реки Красная, Белая, Шмаковка и Черная, а также длинный Кабаргинский канал собирают воды низменности и сбрасывают их в р. Сунгача, вызывая поднятие последней, и это замедляет сток через исток (в Ново-Михайловке). Иногда причины этого поднятия приписывают водам Уссури. Движения водных масс по указанным направлениям не исследованы и не сведены в общий баланс.
3.4. Модель подсистемы
Рассмотрим участок с границами Речной-Воскресеновка-Спасское-Новосель-ское-Речной. С одной стороны участок ограничен ханкайским берегом, с других - дорогами и каналами. Большая часть ханкайского берега представлена береговым валом высотой до 1,2 м, который ограничивает сообщение озера с низменностью. В условиях, соответствующих многолетнему среднему уровню зеркала Ханки, ограничивающая способность берегового вала несимметрична. Нагонные ветра с высотой волны (до 2,5 м при скорости ветра около 20 м/с), превышающей высоту вала, забрасывают воду далеко вглубь низменной части, так как имеют многокилометровый (иногда в десятки километров) разгон. Разгонная сила ветра в обратном направлении несравненно меньше, его задерживает рельеф возвышенного обрамления и надводная растительность. Поэтому в обратном направлении вал можно считать непроницаемым, что и есть причина несимметричности. Поэтому после разового заброса воды за вал создается временное, но достаточно протяженное во времени превышение уровня воды за валом над уровнем воды в болотах ближе к Спасску и даже над средним уровнем в самой Ханке. Судьба этого превышения в разных моделях неодинакова.
В строгой модели с непроницаемыми дорогами (рис. 3, II) потенциальная энергия этого превышения рассеивается во всех возможных направлениях: уровни выравниваются, часть воды испаряется, остальное возвращается в Ханку. С каждым новым забросом запас воды в Ханке убывает ровно на величину испарения с площади, по которой распределяется вода заброса. Это испарение тем меньше, чем быстрее вода заброса возвращается в Ханку. В подсистеме запас остается прежним в соответствии со средним на момент измерения уровнем Ханки или увеличивается, если есть другие притоки воды, например, по руслу р. Спасовка. В целом модель работает на подъем уровня воды в Ханке.
В открытой модели (рис. 3, IV), где подсистема сохраняет связь с соседними подсистемами низменного клина, распределение потенциальной энергии превышения уровня происходит иначе, так как не ограниченный дорогами наклон плоскости стока допускает переход (переток плюс фильтрация) части воды в подсистемы ниже по уклону. Эта часть водного запаса оказывается изъята из накопительного баланса озера, т.е. модель работает
Рис. 3. Модели подсистемы. I - уровневая характеристика событий заброса воды оз. Ханка за береговой вал в результате ветрового нагона. Н1 - высота волны; Н2 - высота берегового вала; Н3 - предельная высота столба заброшенной воды; Н4 - точка, соответствующая наивысшему значению потенциальной энергии забрасываемой воды; II - строгая модель системы: вода заброса растекается, теряя свою потенциальную энергию, пока не оказывается в магистральном канале или в реке, и там направляется обратно в Ханку; III - модель с обводным каналом, куда вода попадает сразу после заброса, где теряет свою потенциальную энергию и возвращается в Ханку; IV - модель с перекрытием стока в Ханку Вода заброса растекается по большой площади и медленно стекает на север вследствие уклона поверхности суши
на снижение уровня воды в оз. Ханка, что и открывает путь к решению вопроса регулирования уровня воды в бассейне.
По сути регулирование уровня оз. Ханка началось уже более века назад с первыми работами, ограничивающими естественные перемещения воды в подсистемах низменного клина. Важнейшим делом первого периода была постройка железной дороги в начале прошлого века, в результате чего из баланса движений низменных вод была исключена часть низменности левого берега Уссури. Затем последовало создание рисовых чеков и мелиоративных систем - каналов разной ширины, глубины и с разными направлениями наклона в районе Новосельского, Лебединого, Александровки, Чкаловки и далее к северу. Прокладывались не только каналы ортогонального направления, но и так называемые обводные каналы. Последние располагаются вдоль береговых валов Ханки и препятствуют глубокому забросу штормовых вод, вследствие чего потенциал стока вдоль низменного клина резко падает. Обводные каналы способствуют подъему уровня воды в Ханке.
Определенную роль в нарушении низменного стока сыграло спрямление речек (Красная, Белая, Шмаковка), так как ускорившийся сброс в Ханку или р. Сунгача попавшей в русло этих речек воды препятствовал или снижал возможность ее медленного транспорта в направлении падения высоты клина, т.е. к северу. При ускорении прямого сброса не остается времени на фильтрацию и медленные перетоки в направлении малых наклонов.
Таким образом, вся мелиоративная деятельность на восточных берегах Ханки привела к ослаблению естественного стока по низменному клину, к возврату части воды в бассейн озера, отчего сбросовая нагрузка на р. Сунгача превысила ее естественные возможности. Это выразилось в регулярном подъеме среднего уровня воды в Ханке и привело к затоплениям, близким к катастрофическим, по всей окружности озера.
Мы не считаем ограничение низменного стока единственной причиной, приводящей к переполнению Ханки. Но из числа возможных (усиление осадков, сокращение живого
сечения Сунгачи, тренд глобального потепления) этот фактор представляется наиболее доступным для регулирующего воздействия.
К сожалению, возможности логического анализа и предварительных расчетов в модели низменного стока на этом заканчиваются. Для дальнейшей детализации необходимы точные определения вкладов разных процессов в динамику стока, нужны наблюдения на местности.
Необходимый набор наблюдений по предварительной оценке включает в себя:
1) составление подробной карты дорог и каналов на территории низменного клина;
2) определение пропускной способности дамб и дорог в направлении перепада высот;
3) определение вклада разных каналов в перехват воды стоков и возврат ее в оз. Ханка и в р. Сунгача;
4) выбор и расчет путей оптимизации (для целей регулирования) низменного стока в сложившихся условиях;
5) определение наклона плоскости стока и характеристик реального и возможного стоков по площадям подсистем в сложившихся условиях.
По характеру задач и методов решения эти работы можно разделить на гидрологические, биологические и геофизические. Для всех необходимо математическое сопровождение.
Имея эти данные в обработанном виде, можно обоснованно рекомендовать мероприятия по оптимизации схемы соединения изолированных нынче подсистем, ускорению альтернативного по отношению к р. Сунгача сбросу вод бассейна. В итоге это позволит снизить риск затопления окрестностей оз. Ханка. Имея список работ по соединению подсистем, можно будет рассчитать их себестоимость. Однако некоторые рекомендации можно сделать уже сейчас.
3.5. Ожидаемые результаты
Мы считаем, что задачу регулирования уровня воды в оз. Ханка нельзя решить без кардинального вмешательства в ситуацию водообмена в бассейне. Из предыдущего раздела ясно, что такое кардинальное вмешательство уже осуществлялось (мелиорация), но без целей основного регулирования, поэтому оно только ускорило накопление воды в озере. Межбассейновый переброс вод Мулинхэ усугубил ситуацию.
Осуществление проекта «Второй Сунгач» снизит сбросовую нагрузку на речное русло действующей пограничной р. Сунгача и повлияет на вдольбереговые течения, формирующие бар в истоке реки. Объем работ в пограничной области (на действующей р. Сунгача и в районе истокового бара) может быть уменьшен, что облегчит или даже исключит переговоры с китайской стороной, неизбежные потому, что русло реки не везде совпадает с границей государств.
Мелиоративные работы на территории заповедника «Ханкайский» будут сведены к минимуму.
Важно и то, что Россия получит дополнительный регулируемый запас воды. Это вода не очень высокого качества и годится только для полива. Но в условиях растущего дефицита пресной воды в мире этот запас будет приобретать все более растущее значение, что станет особенно очевидным в маловодные годы, когда водоснабжение рисовых систем будет целесообразно производить из резервуаров хранения в системе «Второй Сунгач». А воды горных рек, так как они чище, могут быть локально использованы в других целях (для нужд населения).
По предварительным данным, сброс воды с рисовых полей в Ханку и Малую Ханку на китайской стороне может иметь масштабы, сравнимые с природными составляющими водного баланса оз. Ханка. Если это так, то проект «Второй Сунгач» явится единственной альтернативой, способной компенсировать сток в Ханку с китайской стороны.
3.6. Цена проекта
Цена проекта складывается из нескольких слагаемых: цена исследований, включая стоимость нового оборудования для измерения и мониторинга, цена расчетов и проектирования на местности, мелиоративных работ. Первая часть выполняется преимущественно институтами ДВО РАН, вторая - институтами РАН и специализированными проектными организациями, третья - специализированными организациями по договоренности, но с обязательным участием авторов модели.
ЛИТЕРАТУРА
1. Васьковский М.Г. Гидрологический режим озера Ханка. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 175 с.
2. Велижанин А.Г., Гусаков Е.С. Продуктивность угодий озера Ханка и некоторые причины ее изменения // Повышение продуктивности охотничьих угодий. М., 1982. С. 78-94.
3. Глущенко Ю.Н., Мартыненко А.Б., Бочарников В.Н., Дарман Ю.А. и др. Озеро Ханка // Водно-болотные угодья России. Т. 5. Водно-болотные угодья юга Дальнего Востока России. М., 2005. 220 с.
4. Глущенко Ю.Н., Шибаев Ю.В. Ханкайский заповедник нуждается в расширении территории // Птицы пресных вод и морских побережий юга Дальнего Востока России и их охрана. Владивосток: Дальнаука, 1996. С. 76-85.
5. Гусаков Е.С., Виноградов В.Г. Озеро Ханка // Водно-болотные угодья России. Т. 1. Водно-болотные угодья международного значения. М., 1998. С. 237-245.
6. Короткий A.M., Гребенникова Т. А., Караулова Л.П., Белянина И.Н. Озерные трангрессии в позднекайно-зойской Уссури-Ханкайской депрессии (Приморье) // Тихоокеан. геология. 2007. Т. 26, № 4. С. 53-56.
7. Короткий А.М., Караулова Л.П., Ромашкова Н.И. Озерные трансгрессии и режим позднекайнозойско-го осадконакопления в Уссури-Ханкайской депрессии // Геолого-геоморфологические конформные комплексы Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1980. С. 162-181.
8. Микишин Ю.А., Петренко Т.И., Попов А.Н., Орлова Л.А. Палеогеография озера Ханка в позднем голоцене // Научное обозрение. 2007. № 2. С. 7-13.
9. Назаров Ю.Н., Казыханова М.Г., Куринный В.Н. Заметки о гнездящихся водоплавающих и околоводных птицах Южного Приморья // Птицы пресных вод и морских побережий юга Дальнего Востока России и их охрана. Владивосток: Дальнаука, 1996. С. 39-43.
10. Некрас Ю.В., Носовский В.С., Носовский С.В. Проблемы развития производства риса в Приморском крае. - http://cyberleninka.rU/article/n/problemy-razvitiya-proizvodstva-risa-v-primorskom-krae
11. Павлюткин Б.И., Ханчук А.И. Новые данные о возрасте озера Ханка // Дальний Восток России. Владивосток: Дальнаука, 2002. Т. 382, № 6. С. 826-828.
12. Павлюткин Б.И. Четвертичные отложения юго-восточной части Уссури-Ханкайской депрессии и признаки плейстоценовых трансгрессий озера Ханка // Развитие природной среды в плейстоцене (юг Дальнего Востока). Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1981. С. 40-50.
13. Пильщиков В.В. Влияние некоторых абиотических факторов на рост, численность и величину вылова рыб в оз. Ханка // Биологические ресурсы внутренних водоемов Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука, 1984. С. 116-123.
14. Поливанова Н.Н. Птицы озера Ханка (охотничье-промысловые водоплавающие и колониальные). Ч. 1. // Тр. заповедника «Кедровая Падь». Владивосток, 1971. Т. 3. С. 209-216.
15. Пржевальский Н.М. Путешествие в Уссурийском крае 1867-1869 гг. М.: ОГИЗ, 1947. 77 с.
16. Bocharnikov V.N., Shibaev Yu.V. Wetlands of the southern Far East as waterfowl habitats (Cadastre) // Птицы пресных вод и морских побережий юга Дальнего Востока России и их охрана. Владивосток: Дальнаука, 1996. С. 11-31.
