CC BY
0УДК 556.18
Ж. С. Мустафаев1, А. Т. Козыкеева2, Б. Е. Тастемирова3
1 Д. т. н., профессор кафедры «водные ресурсы и мелиорация»
(Казахский национальный аграрный университет, Алматы, Казахстан)
2 Д. т. н., доцент, профессор кафедры «водные ресурсы и мелиорация»
(Казахский национальный аграрный университет, Алматы, Казахстан)
3 Магистр, докторант PhD кафедры «водные ресурсы и мелиорация»
(Казахский национальный аграрный университет, Алматы, Казахстан)
ПРОБЛЕМЫ ГАРАНТИРОВАННОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ СТОКА В БАССЕЙНЕ РЕКИ ТОБЫЛ
Аннотация. На основе многолетних информационно-аналитических материалов РГУ «Тобыл-Торгай-ская бассейновая инспекция по регулированию использования и охране водных ресурсов» Комитета по водным ресурсам Министерства сельского хозяйства РК, характеризующих использование водных ресурсов в отраслях экономики административных районов и городов Костанайской области, определены условия формирования поверхностного стока и региональные особенности водопользования в водосборах бассейна реки Тобыл. Для оценки изменения среднегодового расхода в водосборах бассейна реки Тобыл под влиянием природных и антропогенных факторов установлены интегральные кривые среднемноголетних расходов по гидрологическим постам Аккарга, Гришенка, Костанай и Милютинка, которые показали, что с 1996 до 2005 г. наблюдалось некоторое увеличение среднегодовых расходов воды по всем рассматриваемым гидрологическим постам, а с 2006 до 2017 г. - постоянное их снижение, что является тревожным сигналом для будущей безопасности хозяйственной деятельности региона. Для оценки особенностей водопользования в водосборах бассейна реки Тобыл использованы объемы водопотребления жилищно-коммунального хозяйства (услуги), промышленности и сельского хозяйства, которые за 1996-2016 гг. постепенно уменьшались, так как промышленность в основном расположена в городах Лисаковске, Костанае и Рудном, а сельское хозяйство - в Камыстинском, Житикаринском, Денисовском, Тарановском, Костанайском, Карабалыкском, Федоровском и Мендикаринском районах развивается в рамках богарного земеледелия. Это определяет вид линейного тренда, который характеризуется полиноминальным уравнением третьего порядка.
Ключевые слова: река, бассейн, сток, расход, вода, ресурсы, водопользование, анализ, оценка, метод, тренд.
Актуальность. Водосборы речных бассейнов степной зоны Северного Казахстана, как своеобразный компонент географических объектов, в определенной степени выполняют средообразующие функции, являясь регулятором водного режима ландшафтов, поддерживая экологическое равновесие природных систем. Одна из основных особенностей речных бассейнов степной зоны, формирующихся за счет таяния снежного покрова и атмосферных осадков, определяет их гидрологическую и гидрохимическую специфику, то есть тесную связь формирования стока с ландшафтными системами водосбора речных бассейнов. При этом главной функцией водосбора речных бассейнов степной зоны, относящихся к системе малых рек, является природная возможность стокообразования. Она обеспечивает формирование экологических, экономических и социальных сред, представляющих собой пространственные базисы природопользования и природообустройства. В связи с этим особую актуальность приобретает проблема водной безопасности для удовлетворения потребностей в водных ресурсах всех категорий водопользователей, в том числе за счет повышения рациональности и обеспечения комплексности использования воды.
Цель исследований - анализ и оценка природных условий формирования водных ресурсов в водосборных бассейнах реки Тобыл с целью выявить пространственные особенности организации водопользования для оптимизации управленческих решений в сфере водопользования.
Объект исследования. Река Тобыл является одной из главных водных артерий Северного Казахстана, где зона формирования стока расположена на восточных отрогах Южного Урала в 10 км к юго-западу от села Саржан и впадает в р. Ертис с левого берега у города Тобыльска. Водосборный бассейн реки Тобыл составляет 395 тыс. км2, из них часть ее водосбора площадью
121 тыс. км2 расположена в Костанайской области. Общая длина реки - 1591 км, из них 682 км приходится на верхнее ее течение.
Тобыл берет начало в Оренбургской области, далее с запада в него вливается приток Джелкуар, образующийся из двух рек - Синташты и Берсуат, на территории Челябинской области. Следующим крупным притоком являются реки Аят и Уй. Их верховья находятся в Челябинской области, а низовья принадлежат Казахстану. По рекам Уй, Тугузаки, Тобыл проходит часть границы между Россией и Казахстаном. Река Убаган протекает по Костанайской области, берет начало от небольшого пресного озера Коктал и впадает в реку Тобыл справа на 902 км от его устья и в 10 км выше села Звериноголовское. Река является единственным правобережным притоком реки Тобыл и второй по длине рекой, протекающей по северной половине Костанайской области [2].
Материалы и методы исследований. Для решения поставленных задач применялись бассейновый подход, метод комплексного изучения географических объектов, математической статистики и гидрологических расчетов на основе линейного тренда с помощью программного обеспечения Microsoft Excel.
В работе использованы многолетние информационно-аналитические материалы РГУ «Тобыл-Торгайская бассейновая инспекция по регулированию использования и охране водных ресурсов» Комитета по водным ресурсам Министерства сельского хозяйства РК, характеризующих формирование поверхностного стока и их использование в отраслях экономики административных районов Костанайской области, расположенных на территориях водосборов бассейна реки Тобыл, охватывающих 1996-2017 годы.
Для изучения гидрологического режима стока в водосборных бассейнах реки Тобыл по гидрологическим постам Аккарга, Гришенка, Костанай и Милютинка использованы многолетние информационно-аналитические материалы этой РГУ и данные восстановления среднегодового стока в отдельных гидрологических постах на основе среднегодового стока гидрологического поста Гришенка, имеющего постоянные наблюдения за рассматриваемый период (рисунок 1).
Рисунок 1 - Зависимость годовых объемов стока по контрольным постам:
Аккарга (1), Костанай (2) и Милютинка (3) от годовых стоков гидрологического поста Гришенка; ордината - годовые объемы стока (млн м3) по гидрологическим постам Аккарга, Костанай и Милютинка; абсцисса - годовые объемы стока (млн м3) гидрологического поста Гришенка
Как видно из таблицы 1 и рисунка 2, динамика многолетнего хода гидрологического стока в водосборах бассейна реки Тобыл по гидрологическим постами Аккарга, Гришенка, Костанай и Милютинка за рассматриваемый период показывает, что в пространственно-временном масштабе наблюдается уменьшение годового стока под влиянием природных и антропогенных факторов.
Таблица 1 - Годовой сток в водосборах бассейна реки Тобыл за 1996-2016 гг.
Год Аккарга Гришенка Костанай Милютинка
м3/с млн м3 м3/с млн м3 м3/с млн м3 м3/с млн м3
1996 0,86 26,98 3,52 111,00 2,30 72,54 5,07 159,90
1997 0,40 12,64 1,65 52,00 1,85 58,35 2,38 74,91
1998 2,36 74,35 9,70 306,0 11,58 365,3 13,98 440,79
1999 5,90 186,10 2,77 87,37 3,52 111,02 3,99 125,86
2000 5,08 160,18 20,90 659,19 37,14 1171,20 30,11 949,56
2001 1,87 58,88 6,64 209,40 14,50 457,30 9,56 301,64
2002 4,03 126,94 18,90 596,00 24,30 766,40 27,22 858,53
2003 0,76 23,98 3,13 98,70 9,97 314,5 45,08 142,18
2004 4,53 143,00 14,70 463,6 14,33 454,20 15,30 482,56
2005 5,04 159,00 17,60 552,00 30,50 962,00 31,00 977,74
2006 0,34 5,82 0,76 23,97 4,03 127,00 52,21 164,64
2007 1,81 57,09 10,40 328,02 9,45 298,00 11,80 372,17
2008 0,63 19,87 5,16 162,75 8,37 264,00 10,10 318,55
2009 0,10 3,07 0,40 12,62 4,91 155,00 6,09 192,08
2010 0,36 10,41 3,62 114,17 3,01 95,00 4,48 141,30
2011 1,98 62,45 8,44 266,20 3,77 119,00 6,48 204,38
2012 1,00 31,54 0,82 252,95 6,34 200,0 8,63 272,19
2013 0,16 5,05 2,12 66,86 9,48 299,0 13,30 419,48
2014 2,00 63,08 11,30 356,40 9,42 297,00 14,00 441,56
2015 2,04 64,34 6,59 207,85 5,45 172,00 8,24 259,89
2016 0,62 19,40 5,74 181,00 9,67 305,00 18,30 577,20
2017 1,90 60,00 4,38 138,00 7,10 224,00 12,59 397,00
0,1188*
1400
1200
>-«0.165х
К2 = 0,5789
1000
S00
v-0.1874x
К2 = 0.684
600
112 = 0,6286
400
200
0 111х
О, >584
19 45
2(10(1
2005
2010
2015
2020
Рисунок 2 - Многолетний ход гидрологического стока в водосборах бассейна реки Тобыл: ордината - годовой объем стока (млн м3); абсцисса - годы; гидрологические посты:
1 - Аккарга; 2 - Гришенка; 3 - Костанай; 4 - Милютинка
Для выявления особенностей водопользования в водосборах бассейна реки Тобыл использованы многолетние информационно-аналитические материалы РГУ «Тобыл-Торгайская бассейновая инспекция по регулированию использования и охране водных ресурсов», характеризующие использование водных ресурсов в отраслях экономики административных районов и городов Костанайской области, непосредственно расположенных в бассейне реки, то есть для жилищнокоммунального хозяйства (услуги), промышленности и сельского хозяйства Камыстинского, Жити-каринского, Денисовского, Тарановского, Костанайского, Карабалыкского, Федоровского и Мен-дикаринского районов, а также городов Лисаковск, Костанай и Рудный (таблица 2).
Таблица 2 - Динамика водопользования в разрезе административных районов в водосборах бассейна реки Тобыл, млн м3
Административный район 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
1 2 3 4 5 6 7 8
Жилищно-коммунальное хозяйство (услуги), млн м3
Камыстинский 0,11 0,35 0,01 0,05 0,08 0,09 0,10
Житикаринский 3,96 4,63 4,57 3,76 3,68 3,55 3,44
Денисовский 0,34 0,30 0,14 0,11 0,10 0,10 0,03
Тарановский 0,97 0,98 0,46 0,51 0,75 0,72 0,60
Г. Лисаковск 4,03 4,27 3,34 3,15 3,26 2,67 2,59
Костанайский 0,88 0,69 0,47 0,31 0,26 0,45 0,38
Г. Костанай 44,59 40,59 33,85 31,50 30,87 24,32 22,94
Г. Рудный 40,74 38,17 37,75 33,10 28,87 25,98 21,80
Карабалыкский 0,99 0,81 0,58 0,31 0,19 0,23 0,15
Федоровский 0,63 0,51 0,04 0,06 0,10 0,15 0,14
Мендикаринский 0,18 0,18 0,18 0,10 0,04 0,03 0,03
Промышленность, млн м3
Камыстинский 0,02 0,09 0,00 0,05 0,02 0,02 0,00
Житикаринский 1,00 0,61 1,15 1,21 0,52 0,51 0,51
Денисовский 0,31 0,13 0,07 0,06 0,01 0,01 0,00
Тарановский 1,00 0,25 0,52 0,32 0,15 0,11 0,15
Г. Лисаковск 11,09 11,48 7,32 7,35 7,44 6,45 5,35
Костанайский 0,58 0,11 0,43 0,22 0,15 0,07 0,17
Г. Костанай 5,52 5,13 2,60 2,10 1,93 1,95 1,55
Г. Рудный 10,26 17,19 9,59 9,61 8,76 6,62 11,50
Карабалыкский 0,23 0,46 0,60 0,35 0,08 0,09 0,13
Федоровский 0,25 0,78 0,06 0,04 0,03 0,03 0,05
Мендикаринский 0,13 0,11 0,10 0,10 0,06 0,04 0,06
Сельское хозяйство, млн м3
Камыстинский 3,13 2,43 1,57 1,08 1,02 1,28 1,08
Житикаринский 6,93 6,07 3,68 1,50 2,63 1,89 1,56
Денисовский 2,99 2,50 1,89 1,20 1,24 1,24 1,54
Тарановский 9,05 4,96 2,48 1,70 1,70 1,74 1,26
Г. Лисаковск 3,36 2,08 2,32 1,20 1,62 1,36 1,37
Костанайский 26,28 12,90 7,16 4,61 6,05 6,56 3,58
Г. Костанай 0,28 0,73 0,00 0,00 0,00 0,00 1,43
Г. Рудный 8,72 9,16 4,37 1,75 2,13 1,76 1,71
Карабалыкский 3,34 2,70 1,73 1,10 1,28 1,02 0,83
Федоровский 2,72 1,74 1,38 1,25 0,86 1,10 1,08
Мендикаринский 3,75 3,44 1,96 1,03 1,46 1,05 1,23
Продолжение таблицы 2
Административный район 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
1 9 10 11 12 13 14 15
Жилищно-коммунальное хозяйство (услуги), млн м3
Камыстинский 0,10 0,10 0,03 0,13 0,15 0,16 0,17
Житикаринский 3,36 0,62 0,31 0,59 2,15 2,74 2,45
Денисовский 0,07 0,07 0,03 0,04 0,08 0,07 0,03
Тарановский 0,67 0,47 0,49 0,48 0,40 0,50 0,54
Г. Лисаковск 2,48 2,47 2,41 3,07 3,09 2,95 2,76
Костанайский 0,34 0,20 0,18 0,14 0,42 0,33 0,36
Г. Костанай 22,68 20,23 22,06 19,15 18,10 17,05 15,17
Г. Рудный 24,08 22,84 21,87 25,11 22,31 21,99 21,06
Карабалыкский 0,15 0,17 0,17 0,17 0,28 0,27 0,32
Федоровский 0,17 0,13 0,11 0,13 0,14 0,16 0,19
Мендикаринский 0,04 0,06 0,06 0,07 0,06 0,07 0,06
Промышленность, млн м3
Камыстинский 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Житикаринский 0,53 2,69 0,95 0,95 1,34 0,42 0,65
Денисовский 0,02 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00
Тарановский 0,16 0,30 0,09 0,37 0,89 2,84 2,76
Г. Лисаковск 5,79 3,09 3,24 5,11 5,11 4,08 5,00
Костанайский 0,27 0,19 0,30 0,46 0,03 0,25 0,13
Г. Костанай 1,68 1,55 1,44 2,64 2,64 3,40 2,31
Г. Рудный 10,60 26,40 11,40 14,30 14,30 18,60 19,10
Карабалыкский 0,19 0,21 0,05 0,19 0,23 0,22 0,17
Федоровский 0,01 0,03 0,06 0,10 0,09 0,06 0,00
Мендикаринский 0,06 0,06 0,07 0,06 0,06 0,06 0,06
Сельское хозяйство, млн м3
Камыстинский 1,08 0,41 0,44 0,39 0,00 0,00 0,00
Житикаринский 1,43 2,33 2,05 1,62 1,22 1,29 1,16
Денисовский 1,23 0,95 1,07 0,96 0,55 0,49 0,59
Тарановский 1,71 1,44 1,55 1,62 0,76 0,64 0,73
Г. Лисаковск 1,18 1,11 1,18 1,18 1,17 1,17 1,19
Костанайский 3,89 3,68 3,53 3,90 2,57 2,62 2,59
Г. Костанай 1,36 1,45 1,49 1,64 1,58 1,45 1,73
Г. Рудный 1,82 1,51 1,56 1,45 1,72 1,56 1,67
Карабалыкский 1,04 0,11 0,91 0,84 0,09 0,11 0,13
Федоровский 1,37 1,43 1,02 0,94 0,12 0,11 0,11
Мендикаринский 1,10 0,97 1,07 1,06 0,21 0,20 0,19
Окончание таблицы 2
Административный район 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
1 16 17 18 19 20 21 22
Жилищно-коммунальное хозяйство (услуги), млн м3
Камыстинский 0,27 0,16 0,16 0,14 0,17 0,15 0,14
Житикаринский 2,87 3,28 2,38 2,36 2,30 2,45 1,88
Денисовский 0,15 0,16 0,15 0,20 0,20 0,20 0,23
Тарановский 0,51 0,48 0,52 0,65 0,68 0,62 0,63
Г. Лисаковск 2,67 2,96 2,96 2,87 2,62 1,96 2,70
Костанайский 0,37 0,45 0,51 0,56 0,69 0,74 0,82
Г. Костанай 12,27 12,01 11,98 12,74 12,88 12,50 11,41
Г. Рудный 20,48 21,69 21,18 20,50 21,90 19,35 18,22
Карабалыкский 0,35 0,49 0,42 0,37 0,47 0,43 0,43
Федоровский 0,22 0,21 0,22 0,16 0,19 0,27 0,26
Мендикаринский 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10 0,10 0,10
Промышленность, млн м3
Камыстинский 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00
Житикаринский 0,20 0,68 0,75 0,51 0,46 0,36 0,48
Денисовский 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Тарановский 2,28 3,10 2,78 1,94 3,28 3,60 3,20
Г. Лисаковск 0,45 0,20 0,18 0,48 0,45 0,26 0,41
Костанайский 0,14 0,18 0,17 0,22 0,17 0,18 0,23
Г. Костанай 5,20 5,20 5,92 3,68 3,64 3,87 4,77
Г. Рудный 19,40 17,80 17,28 28,12 29,20 23,90 23,93
Карабалыкский 0,26 0,24 0,22 0,16 0,16 0,04 0,08
Федоровский 0,03 0,03 0,03 0,04 0,07 0,08 0,04
Мендикаринский 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,06 0,06
Сельское хозяйство, млн м3
Камыстинский 0,02 0,00 0,23 0,01 0,20 0,31 0,27
Житикаринский 1,32 1,20 1,29 1,14 0,95 0,73 0,74
Денисовский 0,46 0,47 0,89 1,73 2,00 1,71 1,11
Тарановский 0,60 0,80 1,21 0,86 0,99 1,66 1,74
Г. Лисаковск 1,20 1,51 1,56 1,06 1,22 1,45 1,40
Костанайский 2,54 2,51 4,51 4,37 4,85 5,13 5,24
Г. Костанай 1,47 1,35 1,88 1,75 2,00 2,17 1,90
Г. Рудный 1,56 1,43 1,68 1,47 1,47 1,40 1,56
Карабалыкский 0,05 0,03 0,05 0,04 0,02 0,15 0,20
Федоровский 0,10 0,09 0,16 0,18 0,16 0,17 0,23
Мендикаринский 0,15 0,21 0,24 0,31 0,24 0,26 0,33
Для определения уровня водообеспеченности И. А. Шикломанов предложил показатель удельной водообеспеченности (тыс. м3/год на человека или км3/год на млн человек), который определяет не только дефицит водных ресурсов, а также позволяет судить о состоянии водных ресурсов в естественных условиях их формирования и функционирования [2].
При этом показатель водообеспеченности (PB) на водосборных территориях речных бассейнов определяется по формуле [2] BP = [1 - / Wop)], где Wop - реальные водные ресурсы речных
бассейнов, км3/год; Wбee - безвозвратное водопотребление, км3/год.
На основе классификации И. А. Шикломанова [2] по удельной влагообеспеченности разработана шкала показателя водообеспеченности: PB > 0,0 - катастрофически низкая водообеспеченность; PB = 0,0-0,20 - очень низкая водообеспеченность; PB = 0,20-0,40 - низкая водообеспеченность; PB = 0,40-0,60 - средняя водообеспеченность; PB = 0,60-0,80 - высокая водообеспеченность; PB > 0,80 - очень высокая водообеспеченность.
Модуль расхода воды речных бассейнов определялся по формуле K = Qi / Qcr, где Qi - средний годовой расход воды реки i-го года; Qcr - среднемноголетний годовой расход реки.
Расчетная обеспеченность расхода воды речных бассейнов находится по следующему выражению: p = [m/(n+1)]-100, где m - порядковый номер ряда; n - количество рядов.
Результаты исследований. На основе многолетних информационно-аналитических материалов РГУ «Тобыл-Торгайская бассейновая инспекция по регулированию использования и охране водных ресурсов» и использования методики гидрологических расчетов определены гидрологические характеристики стока водосборов бассейна реки Тобыл по гидрологическим постам Аккарга, Гришенка, Костанай и Милютинка для выявления в пространственно-временном масштабе их территориальных различий (таблица 3).
Таблица 3 - Гидрологическая характеристика стока водосборов бассейна реки Тобыл
№ п/п Год Гидрологическая характеристика стока
Qi, м3/с Ki = — Qop (Ki - 1) n X (KCp -1) i=1 Q7e , м3/с p, %
1 2 3 4 5 6 7 8
Гидрологический пост - село Аккарга
1 1996 0,86 0,432 -0,568 0,568 5,90 4,35
2 1997 0,40 0,201 -0,799 -1,367 5,08 8,70
3 1998 2,36 1,186 0,186 -1,181 5,04 13,05
4 1999 5,90 2,965 1,965 0,784 4,53 17,40
5 2000 5,08 2,553 1,553 2,337 4,03 21,75
6 2001 1,87 0,940 -0,060 2,277 2,36 26,10
7 2002 4,03 2,025 1,025 3,302 2,04 30,45
8 2003 0,76 0,382 -0,618 2,684 2,00 34,80
9 2004 4,53 2,276 1,276 3,960 1,98 39,15
10 2005 5,04 2,532 1,532 5,492 1,90 43,90
11 2006 0,34 0,171 -0,829 4,663 1,87 47,85
12 2007 1,81 0,910 -0,090 4,573 1,81 52,20
13 2008 0,63 0,316 -0,684 3,889 1,00 56,55
14 2009 0,10 0,050 -0,950 2,939 0,86 60,90
15 2010 0,36 0,181 -0,819 2,120 0,76 95,25
16 2011 1,98 0,994 -0,006 2,114 0,63 69,60
17 2012 1,00 0,502 -0,498 1,616 0,62 73,95
18 2013 0,16 0,050 -0,950 0,666 0,40 78,30
19 2014 2,00 1,005 0,005 0,671 0,36 82,65
20 2015 2,04 1,025 0,025 0,696 0,34 87,00
21 2016 0,62 0,311 -0,689 0,007 0,16 91,35
22 2017 1,90 0,955 -0,045 -0,038 0,10 95,70
Продолжение таблицы 3
1 2 3 4 5 6 7 8
Гидрологический пост - село Гришенка
1 1996 3,52 0,465 -0,535 -0,535 20,90 4,35
2 1997 1,65 0,218 -0,782 -1,317 18,90 8,70
3 1998 9,70 1,283 0,283 -1,034 17,60 13,05
4 1999 2,77 0,366 -0,634 -1,668 14,70 17,40
5 2000 20,90 2,764 1,764 0,096 11,30 21,75
6 2001 6,64 0,878 -0,122 -0,028 10,40 26,10
7 2002 18,90 2,500 1,500 1,472 9,70 30,45
8 2003 3,13 0,414 -0,586 0,866 8,44 34,80
9 2004 14,70 1,944 0,944 1,830 8,02 39,15
10 2005 17,60 2,328 1,328 3,158 6,64 43,90
11 2006 0,76 0,100 -0,900 2,258 6,59 47,85
12 2007 10,40 0,375 0,375 2,633 5,74 52,20
13 2008 5,16 0,682 -0,318 2,315 5,16 56,55
14 2009 0,40 0,143 -0,857 1,458 4,38 60,90
15 2010 3,62 0,498 -0,502 0,956 3,62 95,25
16 2011 8,44 1,116 0,116 1,017 3,52 69,60
17 2012 0,82 1,061 0,061 1,078 3,13 73,95
18 2013 2,12 0,280 -0,720 0,358 2,77 78,30
19 2014 11,30 1,495 0,495 0,853 2,12 82,65
20 2015 6,59 0,876 -0,124 0,729 1,65 87,00
21 2016 5,74 0,759 -0,241 0,488 0,76 91,35
22 2017 4,38 0,579 -0,421 0,067 0,40 95,70
Гидрологический пост - город Костанай
1 1996 2,30 0,219 -0,781 -0,781 37,14 4,35
2 1997 1,85 0,176 -0,824 -1,605 30,50 8,70
3 1998 11,58 1,100 0,100 1,505 24,30 13,05
4 1999 3,52 0,334 -0,666 -2,171 14,50 17,40
5 2000 37,14 3,530 2,530 0,359 14,33 21,75
6 2001 14,50 1,376 0,378 0,737 11,58 26,10
7 2002 24,30 2,310 1,310 2,047 9,97 30,45
8 2003 9,97 0,948 -0,052 1,999 9,67 34,80
9 2004 14,33 1,362 0,362 2,357 9,48 39,15
10 2005 30,50 2,900 1,900 4,257 9,45 43,90
11 2006 4,03 0,383 -0,167 3,640 9,42 47,85
12 2007 9,45 0,898 -0,102 3,538 8,37 52,20
13 2008 8,37 0,795 -0,205 3,333 7,10 56,55
14 2009 4,91 0,466 -0,534 2,799 6,34 60,90
15 2010 3,01 0,286 -0,714 2,085 5,45 95,25
16 2011 3,77 0,358 -0,642 1,443 4,91 69,60
17 2012 6,34 0,602 -0,398 1,045 4,03 73,95
18 2013 9,48 0,901 -0,089 0,958 3,77 78,30
19 2014 9,42 0,895 -0,105 0,851 3,52 82,65
20 2015 5,45 0,518 -0,482 0,364 3,01 87,00
21 2016 9,67 0,919 -0,081 -0,288 2,30 91,35
22 2017 7,10 0,674 -0,326 -0,038 1,85 95,70
Окончание таблицы 3
1 2 3 4 5 6 7 8
Гидрологический пост - село Милютинка
1 1996 5,07 0,318 -0,682 -0,682 52,21 4,35
2 1997 2,38 0,149 -0,851 -1,533 45,08 8,70
3 1998 13,98 0,879 -0,121 -1,654 31,00 13,05
4 1999 3,99 0,251 -0,749 -2,403 30,11 17,40
5 2000 30,11 1,892 0,892 -1,511 27,22 21,75
6 2001 9,56 0,600 -0,400 -1,911 18,30 26,10
7 2002 27,22 1,711 0,711 -1,200 15,30 30,45
8 2003 45,08 2,833 1,833 0,633 14,00 34,80
9 2004 15,30 0,961 -0,039 0,594 13,98 39,15
10 2005 31,00 1,948 0,948 1,542 13,30 43,90
11 2006 52,21 3,281 2,281 3,833 12,59 47,85
12 2007 11,80 0,741 -0,259 3,564 11,80 52,20
13 2008 10,10 0,635 -0,365 3,199 10,10 56,55
14 2009 6,09 0,383 -0,617 2,582 9,56 60,90
15 2010 4,48 0,281 -0,719 1,863 8,63 95,25
16 2011 6,48 0,407 -0,593 1,270 8,24 69,60
17 2012 8,63 0,542 -0,458 0,812 6,48 73,95
18 2013 13,30 0,836 -0,164 0,648 6,09 78,30
19 2014 14,00 0,880 -0,120 0,528 5,07 82,65
20 2015 8,24 0,518 -0,482 0,046 4,48 87,00
21 2016 18,30 1,150 0,150 0,196 3,99 91,35
22 2017 12,59 0,791 0,209 -0,013 2,38 95,70
Для оценки изменения среднегодового расхода в водосборах бассейна реки Тобыл под влиянием природных и антропогенных факторов определены интегральные кривые среднемноголетнего расхода по гидрологическим постам Аккарга, Гришенка, Костанай и Милютинка (рисунок 3).
Рисунок 3 - Интегральные разностные кривае среднемноголетнего расхода в водосборах бассейна реки Тобыл: ордината - интегральная разностная кривая; абцисса - годы; гидрологические посты:
1 - Аккарга; 2 - Гришенка; 3 - Костанай; 4 - Милютинка; тренд на участке максимального расхода по гидрологическим постам: 5 - Аккарга; 6 - Гришенка; 7 - Костанай; 8 - Милютинка
Как видно из рисунка 3, приведенные разностные интегральные кривые среднегодовых расходов воды реки Тобыл, построенные по этим гидрологическим постам, описывающие ход накоп-n
ленной разности £ (KCp — 1) во времени, показывают, что коэффициент наклона линии тренда i=1
при положительном значении соотвестствует увеличению среднегодового расхода реки в этом промежутке времени, а при отрицательном значении - уменьшению среднегодового расхода. Уравнение линии тренда по гидрологическим постам имеет следующий вид: по гидрологическому посту Аккарга: положительный наклон (Kp - 1) = 0,0009 • t (R2 = 0,4525) и отрицательный наклон (Kp - 1) = 0,0014 • t (R2 = 0,7564);
по гидрологическому посту Гришенка: положительный наклон (Kp - 1) = 0,0001 • t (R2 = 0,0369) и отрицательный наклон (Kp - 1) = 0,0008 • t (R2 = 0,7721);
по гидрологическому посту Костанай: положительный наклон (Kp - 1) = 0,0004 • t (R2 = 0,7955) и отрицательный наклон (Kp - 1) = 0,0012 • t (R2 = 0,4525);
по гидрологическому посту Милютинка: положительный наклон (Kp - 1) = 0,0004 • t (R2 = 0,3005) и отрицательный наклон (Kp - 1) = 0,0011 • t (R2 = 0,7814).
Таким образом, в водосборных бассейнах реки Тобыл до 2005 года наблюдалось некоторое увеличение среднегодового расхода воды по всем рассматриваемым гидрологическим постам, а с 2006 года - постоянное их снижение, что является сигналом тревоги для тех, кто обеспечивает безопасность хозяйственной деятельности в регионе.
В качестве мероприятий, обеспечивающих стратегическую государственную безопасность, выступают не только прогнозы состояния водных ресурсов, а также водообеспеченность и тенденции развития этого процесса.
Под понятием «водообеспеченность» понимается не только обеспечение питьевого режима населения, а также обеспечение водными ресурсами природных компонентов ландшафтной системы и отраслей экономики региона. Для более точной оценки водообеспеченности водосбора бассейна реки Тобыл он условно разделен на два водохозяйственных участка, то есть верховье (от зоны формирования стока до гидрологического поста Костанай), и среднее течение (от гидрологического поста Костанай до поста Милютинка). В их рамках определены уровни использования водных ресурсов в отраслях экономики региона (таблица 4).
Таблица 4 - Динамика водопользования в разрезе водохозяйственных участков в водосборах бассейна реки Тобыл, млн м3
Водохозяйственный участок Годы
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
i 2 3 4 5 6 7 8
Верхнее течение 48,31 41,13 29,54 23,25 24,22 21,74 19,58
Среднее течение 171,62 135,46 103,05 85,54 83,12 71,45 68,56
Всего 219,93 176,53 132,59 108,79 107,34 93,19 88,14
Продолжение таблицы 4
Водохозяйственный участок Годы
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
i 9 10 11 12 13 14 15
Верхнее течение 19,81 16,06 13,85 16,52 16,91 17,35 18,07
Среднее течение 70,85 81,26 67,35 73,53 65,92 69,68 66,54
Всего 90,66 97,32 81,20 90,05 82,83 87,03 84,61
Окончание таблицы 4
Водохозяйственный участок Годы
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
i 16 17 18 19 20 21 22
Верхнее течение 13,33 15,00 15,07 13,95 15,5 15,46 14,93
Среднее течение 69,98 64,06 66,59 74,83 78,27 70,80 69,81
Всего 83,31 79,06 81,66 88,78 93,79 86,26 84,74
Рисунок 4 - Динамика водопользования в разрезе водохозяйственных участков в водосборах бассейна реки Тобыл (млн м3) с линейными трендами: 1 - верхнее течение; 2 - среднее течение; 3 - водосбор бассейна реки; ордината - объем водопотребления в отраслях экономики; абсцисса - годы
Особенности водопользования в водосборах бассейна реки Тобыл определяются объемом водопотребления жилищно-коммунальным хозяйством (услуги), промышленностью и сельским хозяйством, которое за 1996-2016 годы постепенно уменьшалось, так как промышленность в основном расположена в городах Лисаковске, Костанае и Рудном, а сельское хозяйство в Камыс-тинском, Житикаринском, Денисовском, Тарановском, Костанайском, Карабалыкском, Федоровском и Мендикаринском районах развивается в рамках богарного земеледелия, что определяет вид линейного тренда, который описывается полиноминальным уравнением третьего порядка: для верхнего течения реки: Weee = 7E - 0,5-t 3 - 0,289-t 2 + 290,42-t; для среднего течения реки: Weee = 0,0002-t 3 - 0,9759-t 2 + 980,21 -t; для водосбора бассейна реки: Weee = 0,0003-t3 - 1,2647-t 2 + 1270,4-t.
На основе информационно-аналитических материалов, приведенных в таблицах 1 и 4, выполнены прогнозные расчеты для определения водообеспеченности по водохозяйственным участкам водосборов бассейна реки Тобыл (таблица 5). Как видно из таблицы 5, характеризующей водообеспеченность в водосборах бассейна реки Тобыл по водохозяйственным участкам, в верхнем течении показатель водообеспеченности колеблется от 0,209 до 0,967, что соответствует значениям от низкой до высокой водообеспеченности в зависимости от водности реки, а в среднем течении их количественные значения варьируют от -1,336 до 0,929, что показывают очень высокую водообеспеченность.
Таким образом, обобщая выполнение комплексного исследования по оценке условий формирования поверхностного стока в водосборах бассейна реки Тобыл и особенностей их использования в отраслях экономики региона, определенных на основе расчета показателя водообеспеченности, мы установили современное состояние водопользования и определили наиболее проблемные водохозяйственные участки, требующие принятия мер по управлению природными ресурсами для их устойчивого развития.
Таблица 5 - Экологические показатели удельной водообеспеченности водосбора бассейна реки Тобыл
по водохозяйственным участкам
Верховья водосбора реки Тобыл Среднее течение водосбора реки Тобыл
Год Реальные Безвозвратное Показатели Реальные Безвозвратное Показатели
водные водо- водообес- водные водо- водообес-
ресурсы потребление печенности ресурсы потребление печенности
Wop, млн м3 W6ee, млн м3 PB Wop, млн м3 Wбее, млн м3 PB
1996 111,00 48,31 0,565 72,54 171,62 -1,366
1997 52,00 41,13 0,209 58,35 135,46 -1,321
1998 306,0 29,54 0,903 365,3 103,05 0,718
1999 87,37 23,25 0,734 111,02 85,54 0,230
2000 659,19 24,22 0,963 1171,20 83,12 0,929
2001 209,40 21,74 0,896 457,30 71,45 0,843
2002 596,00 19,58 0,967 766,40 68,56 0,910
2003 98,70 19,81 0,799 314,50 70,85 0,774
2004 463,6 16,06 0,965 454,20 81,26 0,821
2005 552,00 13,85 0,975 962,00 67,35 0,929
2006 23,97 16,52 0,311 127,00 73,53 0,421
2007 328,02 16,91 0,948 298,00 65,92 0,779
2008 162,75 17,35 0,893 264,00 69,68 0,736
2009 12,62 18,07 -0,432 155,00 66,54 0,571
2010 114,17 13,33 0,883 95,00 69,98 0,263
2011 266,20 15,00 0,943 119,00 64,06 0,461
2012 252,95 15,07 0,940 200,00 66,59 0,667
2013 66,86 13,95 0,791 299,00 74,83 0,749
2014 356,40 15,52 0,956 297,00 78,27 0,736
2015 207,85 15,46 0,926 172,00 70,80 0,588
2016 181,00 14,93 0,918 305,00 69,81 0,771
Выводы. Практическая значимость оценки условий формирования поверхностного стока в водосборах бассейна реки Тобыл и особенностей их использования в отраслях экономики региона заключается в том, что результаты исследований ориентированы на решение прикладных задач для повышения эффективности и качества принимаемых управленческих решений в области использования и охраны водных ресурсов. Полученная в ходе исследования база данных о структуре и динамике водопользования и показателей водообеспеченности в водосборах бассейна реки Тобыл в пространственно-временном масштабе может стать базовой составляющей для дальнейших исследований в области повышения эффективности и рациональности использования водных ресурсов, обеспечения нормативного качества питьевых вод и очистки сточных, охраны водных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель: Кустанайская область. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - 615 с.
[2] Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики (за 1963-1970 гг.): Алтай, Западная Сибирь и Северный Казахстан, Верхний Ертис, Верхний Ишим, Верхний Тобыл. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. -Т. 15, вып. 2. - 384 с.
[3] Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики (за 1971-1975 гг.): бассейны Ертиса, Ишима, Тобыла. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - Т. 15, вып. 2. - 294 с.
[4] Водные Ресурсы Казахстана. Оценка, прогноз, управление. Ресурсы речного стока Казахстана. Кн. 1: Возобновляемые ресурсы поверхностных вод Западного, Северного, Центрального и Восточного Казахстан. - Алматы, 2012. -Т. VII. - 684 с.
[5] Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши (19761980 гг.). Казахская ССР. Бассейны Ертиса, Ишима, Тобыла. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - Т. 5, вып. 1. - 468 с.
[6] Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 13. Многолетние данные. Ч. 1-6, вып. 18. КазССР. Кн. 2. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 445 с.
[7] Козыкеева А.Т., Мустафаев Ж.С., Тастемирова Б.Е. Оценка влияния климата на формирования гидрологического режима водосбора бассейна реки Тобыл // XV Международный научно-практический симпозиум и выставка «чистая вода России»: Сборник материалов. - Екатеринбург, 2019. - С. 91-95.
REFERENCES
[1] Surface water resources of virgin and fallow lands development areas: Kostanay region. L.: Gidrometeoizdat, 1959. 615 p. (in Russ.).
[2] Surface water resources of the USSR. Main hydrological characteristics (for 1963-1970): Altai, Western Siberia and Northern Kazakhstan, Upper Irtysh, Upper Ishim, Upper Tobol. L.: Gidrometeoizdat, 1959. Vol. 15, N 2. 384 p. (in Russ.).
[3] Surface water resources of the USSR. Main hydrological characteristics (for 1971-1975): the Irtysh, Ishim, Tobol basins. L.: Gidrometeoizdat, 1959. Vol. 15, N 2. 294 p. (in Russ.).
[4] Water Resources Kazakhstan. Assessment, forecast, management. River flow resources of Kazakhstan. Book 1: Renewable surface water resources of West, North, Central and East Kazakhstan. Almaty, 2012. Vol. VII. 684 p. (in Russ.).
[5] State water cadastre. Long-term data on the regime and resources of land surface waters (1976-1980). Kazakh SSR. The Irtysh, Ishim, Tobol basins. L.: Gidrometeoizdat, 1987. Vol. 5, issue 1. 468 p. (in Russ.).
[6] Applied Scientific Handbook on the Climate of the USSR, Series 13, Long-term data. Ch. 1-6, N 18. KazSSR. Book 2. L.: Gidrometeoizdat, 1989. 445 p. (in Russ.).
[7] Kozykeyeva A.T., Mustafayev Zh.S., Tastemirova B.E. Assessment of the climate impact on the formation of the hydrological regime of the catchment area of the Tobyl river basin // XV International scientific-practical symposium and exhibition «pure water of Russia»: Collection of materials. Yekaterinburg, 2019. P. 91-95 (in Russ.).
Ж. С. Мустафаев1, Э. Т. ^озыкеева2, Б. Е. TacreMipoBa3
1 Техника тылымдарыныц докторы, «су ресурстары жэне мелиорация» кафедрасыньщ профессоры (Казац улттыц аграрлыц университету Алматы, Казацстан)
2 Техника тылымдарынын докторы, доценту «су ресурстары жэне мелиорация» кафедрасыныц профессоры (Казац улттыц аграрлыц университету Алматы, Казахстан)
3 Магистр, докторант PhD, «су ресурстары жэне мелиорация» кафедрасы (Казац улттыц аграрлыц университету Алматы, Казахстан)
ТОБЫЛ 0ЗЕН1НЩ АЛАБЫНДАГЫ СУ АГЫНЫНЬЩ КЕЩСТШ-УАЦЫТ ЖАГДАЙЫНДАГЫ 0ЗГЕРУ КЕЗ1НДЕГ1 КЕП1ЛД1КТ1 СУМЕН ЦАМТАМАСЫЗ ЕТУ МЭСЕЛЕЛЕР1
Аннотация. Казацстан Республикасыныц Ауылшаруашылыц министрлтнщ Су ресурстары комитетшщ «Тобыл-Тортай алабыныц суды реттеп пайдалану жэне цортау инспекциясыныц», Костанай облысыныц эшмшшк аудандарыныц жэне цалаларыныц экономика саласына су ресурстарын пайдалануын сипаттайтын кепжылдыц ацпараттыц-талдау мэлiметершщ негiзiнде, Тобыл езеншщ сужинау алабыныц жер беп су аты -ныныц цалыптасу жатдайы жэне суды пайдаланудыц аймацтыц ерекшелiктерi аныцталтан. Тобыл езеншщ сужинау алабыныц орташа жылдыц су атыныныц мелшершщ табити жэне техногендш цызметтшщ эсершен езгеруш баталау Yшiн, Аццарта, Гришенка, Костанай жэне Милютинка гидрологиялыц бекеттершщ кепжылдыц орташа су атыныныц мелшершщ интегралдыц цисытыныц сызбасы туртызылтан жэне оныц нэти -жеш керсеткендей, царастырылып отырылтан жылдар кезещнщ 1996-дан 2005-шi жылдар аралытында, барлыц гидрологиялыц бекеттер бойынша орташа жылдыц су атыныныц мелшерiнiц ескенiн, ал 2006-шы 2017-шi жылдар аралытында, оныц турацты тYPде темендегенiн байцаута болады, бул аймацтыц шаруашы -лык цызметшщ цауiпсiздiгiн цамтамасыз етудщ белгiсi болып табылады.
Тобыл езеншщ сужинау алабыныц су пайдалану ерекшелтн баталау Yшiн 1996-2017 жылдар аралы-тындаты турмыстыц цажеттiлiкке, ендiрiске жэне ауылшаруашылыц саласына пайдаланылтан судыц келемi туралы мэлiметтер пайдаланылды, олардыц шамасыныц уацыт кезецiнде бiртiндеп темендегенi байцалады, ейткенi ендiрiс саласы негiзiнен Лисаковск, Костанай жэне Рудный цалаларында орналасцан, ал ауылшаруашылыц саласы Камысты, Жетiцарын, Денисовка, Тарановка, Костанай, Карабалыц, Федровка жэне Мендiцара аудандарында цуртац егiншiлiк аясында дамитындыцтан, олардыц сызыцтыц трендтiнiц тYрi Yшiншi реттi полиномдыц тецдеумен сипатталады.
TYЙiн сездер: езен, алабы, атын, мелшерi, су, ресурстары, суды пайдалану, талдау, баталау, эдщ, тренд.
Zh. S. Mustafayev1, A. T. Kozykeyeva2, B. Ye. Tastemirova3
1 Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of «Water resources and melioration» (Kazakh National Agrarian University, Almaty, Kazakhstan)
1 Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of «Water resources and melioration» (Kazakh National Agrarian University, Almaty, Kazakhstan)
3 Master, PhD doctoral student of the Department of «Water resources and melioration»
(Kazakh National Agrarian University, Almaty, Kazakhstan)
PROBLEMS OF GUARANTEED WATER SUPPLY UNDER CONDITIONS OF SPATIAL-TIME VARIABILITY OF RUNOFF IN THE TOBYL RIVER BASIN
Abstract. On the basis of long-term information and analytical materials of the RSU «Tobyl-Torgai Basin Inspection for Regulation of the Use and Protection of Water Resources» of the Committee for Water Resources of the Ministry of Agriculture of the Republic of Kazakhstan, characterizing the use of water resources in the economic sectors of administrative districts and cities of the Kostanay region, the conditions for the formation of surface runoff were determined and regional features of water use in the catchments of the Tobyl river basin. To assess the change in the average annual discharge in the catchments of the Tobyl River basin under the influence of natural and anthropogenic activities, integral curves of average annual discharge were determined for the hydrological stations of Akkarga, Grishenka, Kostanay and Milyutinka, which showed that in the period under consideration, from 1996 to 2005, there was a slight increase in the average annual discharge for all considered hydrological posts, and from 2006 to 2017 - their constant decline, which is a signal to ensure the safety of economic activities in the region. To assess the peculiarities of water use in the catchments of the Tobyl River basin, the volumes of water consumption of housing and communal services (services), industry and agriculture were used, which gradually decrease over the period 1996-2016, since the industry is mainly located in the cities of Lisakovsk, Kostanay and Rudny. and agriculture in Kamystinsky, Zhitikarinsky, Denisovsky, Taranovsky, Kostanaysky, Karabalyksky, Fedorovsky and Mendikarinsky districts is developing within the framework of dry farming, which determines the type of linear trend, which is characterized by a third-order polynomial equation.
Keywords: river, basin, runoff, discharge, water, resources, water use, analysis, assessment, method, trend.
