CC BY
29НА УЧНЫЕ СТА ТЬИ
Гидрометеорология и экология №1 2015
УДК 519. 16. 556. 072
Доктор геогр. наук С.К. Давлетгалиев *
ПРОГНОЗ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ УРАЛО-КАСПИЙСКОГО
БАССЕЙНА
ВЕЛИЧИНА СТОКА, СЦЕНАРНЫЙ ПРОГНОЗ КЛИМАТА, МЕТОД СТАТИСТИЧЕСКОЙ ЗАВИСИМОСТИ, ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОГНОЗА
Рассматривается возможность прогноза водных ресурсов Урало-Каспийского бассейна на основе сценарных прогнозов климата. Для количественной оценки будущего состояния водных ресурсов с учётом возможных изменений климата использован метод статистической зависимости между стоком и метеорологическими факторами.
Урало-Каспийский водохозяйственный бассейн расположен в квадрате 41о20'...50о40' северной широты и 41о20'...58о40' восточной долготы, охватывает Западно-Казахстанскую, Мангыстаускую, Атырау-скую и Актюбинскую области Республики Казахстан (РК).
Основной водной артерией района является р. Урал (Жайык), протекающая через территорию Российской Федерации (РФ) и РК. Формирование сток р. Урал в основном происходил на территории РФ. Сток р. Урал зарегулирован рядом крупных водохранилищ, имеющих суммарную емкость 4,1 км3. По наблюденным данным (1940.2007 гг.) из 11575 млн. м3 общего ресурса бассейна 8674 млн. м3 воды поступает из РФ по р. Урал.
В пределах РК р. Урал принимает ряд притоков, основными из которых являются Елек, Орь, Утва, Шаган, Ембулатовка. С западной части района на юг стекают реки Чижа 1-я, Чижа 2-я, Большой и Малый Узень. Область питания последних двух рек находится в Саратовской области РФ. На юге района протекают реки Ойыл, Сагиз и Эмба (Жем), не имеющие постоянного устья и теряющие на фильтрацию свои воды в песках.
Воды рек и временных водотоков района интенсивно используются для промышленного и коммунального водоснабжения, а также в сельском
*
КазНу им. аль-Фараби, г. Алматы
115
хозяйстве. Большое количество воды задерживается в многочисленных прудах и водохранилищах. В целом бассейн испытывает дефицит воды.
Как следует из сказанного выше, водные ресурсы бассейна в основном определяются величиной стока р. Урал - с. Кушум. Среднее значение наблюденного стока этой реки за 1974...2007 гг. по сравнению со средним стока периода 1940.2007 гг. уменьшилось на 11 % [2]. Поэтому оценка возможных изменений водных ресурсов района под влиянием климатических и антропогенных факторов представляет большой интерес.
Для разработки сценарных прогнозов климата Урало-Каспийского водохозяйственного бассейна использован ансамблевый подход, основанный на моделях общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) нового поколения, разработанных в различных национальных и международных центрах и использованных для подготовки Четвёртого доклада межправительственной группы экспертов по изменению климата Казахстана [6].
Для оценки успешности модели общей циркуляции атмосферы и океана были использованы статистические характеристики поля сезонного и годового количества осадков. В результате выбраны 9 МОЦАО, которые вошли в ансамбль для разработки сценарных прогнозов изменения климата Казахстана. Вероятные изменения количества осадков и температуры приземного воздуха рассчитаны в соответствии со сценарными изменениями концентрации в атмосфере парниковых газов. По сценарию А2 («жесткий») увеличение парниковых газов будет более значительным, чем по сценарию В1(«мягкий»).
Результаты моделирования показывают, что по сценариям В1 и А2 ожидается увеличение среднемноголетнего годового количества осадков на всей территории Казахстана. Однако это увеличение незначительно: на 1.3 % в период 2006.2035 гг., 2.4 % в период 2016.2045 гг., на 4.6 % в период 2036.2065 гг. относительно базового периода 1980. 1999 гг. В среднем для территории Урало-Каспийского водохозяйственного бассейна прогнозное увеличение годовых сумм осадков незначительное: на 2 % в период 2006.2035 гг., на 3 % в период 2016.2045 гг., на 2 % и 4 % в период 2036.2065 гг., по сценариям В1 и А2 соответственно. В зимний период в целом по территории бассейна ожидается увеличение количества осадков по двум сценариям и во все исследуемые периоды. В среднем по бассейну увеличение осадков составит 4.5 % в период 2006.2035 гг., 6.8 % в период 2016.2045 гг., 9.13 % в период 2035.2065 гг. [6].
116
Для количественной оценки будущего состояния водных ресурсов с учётом возможных изменений климата использован метод статистической зависимости между стоком и метеорологическими факторами. В качестве таких факторов использованы сеточные архивные данные осадков и температуры воздуха за 1961.2002 гг., подготовленные сотрудниками кафедры метеорологии КазНУ им. аль-Фараби [6]. Гидрологической основой прогноза водных ресурсов являются материалы, приведенные в [1, 2, 4, 5].
Исследована зависимость годового стока р. Урал у с. Кушум и суммарного притока воды из РФ по р. Урал от годовой суммы осадков и среднегодовой температуры воздуха по данным наблюдений за 1961.2002 гг. Зависимость стока от суммы осадков оценивается соответственно коэффициентами корреляции, равными 0,44 и 0,42, от средней температуры - 0,01 и 0,02, т.е. установлена слабая зависимость среднего годового стока от годовой суммы осадков и отсутствие таковой между годовым стоком и среднегодовой температурой воздуха.
Выявлена удовлетворительная зависимость весеннего стока за апрель - май (IV.. .V) р. Урал - с. Кушум от суммы зимних осадков ^ ХХ_ш и показателя осеннего увлажнения почвы. В качестве такого показателя может быть принята сумма осадков за осенние месяцы сентябрь - октябрь, т.е. установлена возможность применения зависимости в виде:
Теснота зависимости (1) характеризуется коэффициентом корреляции, равным 0,67, а качество связи оценивается отношением = 0,74 . Такая зависимость считается пригодной для составления прогнозов стока [3]. Полученную зависимость можно использовать для определения величины годового стока р. Урал - с. Кушум по известной величине весеннего стока, т.е. по связи:
Зависимость (2) оценивается коэффициентом корреляции, равным 0,98.
Поскольку водные ресурсы Урало-Каспийского водохозяйственного бассейна (ВХБ) определяются суммой естественного стока р. Урал у с. Кушум и стока рек, невпадающих в р. Урал в пределах РК, необходимо было установить зависимость суммарного стока от метеорологических факторов. Удалось установить прямую зависимость суммарного стока рек (м3/с), не впадающих в р. Урал, от зимних осадков и показателя увлажнённости почвы (г = 0,70):
(1)
(2)
117
Ог = /(Х -ш, X XIX-х ). (3)
Таким образом, прогноз суммарного стока рек Урало-Каспийского ВХБ сводится к прогнозу весеннего стока р. Урал - с. Кушум по уравнению
О*-и, = 1,94^ XX -ш + 1,43Х -х - 654 (4)
и определению годового стока этой реки по выражению
ОГ = 0,274^-VI + 61,2. (5)
Далее, определялся суммарный сток рек, невпадающих в р. Урал по уравнению:
ОГ = 0,54Х X*-ш + 0,66Х X*-х - 32,2 . (6)
Суммарный сток Урало-Каспийского ВХБ вычисляется по сумме стока, полученного по формулам (5) и (6).
Прогноз составлен для двух сценариев развития климата: В1 (мягкий) и А2 (жесткий). Сумма осадков, характеризующая климат периодов 2006.2035гг., 2016.2045 гг. и 2036.2065 гг., получена по результатам научных работ кафедры метеорологии КазНУ им. аль-Фараби. Прогнозы даны для среднего года 30-летних периодов, т.е. на 2020 г., 2030 г. и 2050 г. Результаты расчёта представлены в табл.
Таблица
Ожидаемые водные ресурсы Урало-Каспийского ВХБ с учётом зимних осадков и осеннего увлажнения почвы (в числителе в м3/с, в знаменателе - в млн. м3)
Река - пункт Год
2020 2030 2050 Сценарий климата
Урал с. Кушум 366 11543 378 11922 351 11070 В1
386 12174 384 12111 391 12332 А2
Реки не впадающие в р. Урал 48,2 1520 50,3 1586 47,3 1492 В1
48,6 1533 51,2 1615 52,3 1650 А2
Суммарный сток Урало-Каспийского ВХБ 414 13057 428 13499 398 12553 В1
432 13625 435 13720 443 13972 А2
По данным табл. ожидается постепенное увеличение водных ресурсов Урало-Каспийского бассейна, в том числе стока р. Урал - с. Кушум
118
и суммарного стока рек, не являющихся притоками р. Урал к 2020 и 2030 гг. по двум сценариям развития климата. К 2050 г. по сценарию В1 водные ресурсы будут немного уменьшатся, а по сценарию А2 продолжится рост водных ресурсов.
Увеличение водных ресурсов к 2020 г. по сценарию В1 составляет 1,7.2,0 % относительно нормы периода 1974.2007 гг. и многолетнего периода 1940.2007 гг., к 2030 г. эти величины соответственно составят 5,20.5,40 %, по сценарию А2 увеличение стока к указанным годам в среднем составит 6,3.7,0 %.
Таким образом, оценка водных ресурсов Урало-Каспийского бассейна, с учётом возможных изменений климата, показывает постепенное их увеличение по мере увеличения зимних осадков. Достоверность результатов прогноза во многом зависит от точности прогноза осадков. Методика прогноза стока, учитывающая лишь влияние осадков, но не учитывающая основного показателя потепления климата - температуры воздуха, является приближённой. При построении эмпирической зависимости стока от метеорологических факторов влияние температуры воздуха количественно оценить не удалось.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гальперин Р.И., Давлетгалиев С.К., Молдахметов М.М., Махмудова Л.К., Чегринкец А.Г. Водные ресурсы Казахстана. Оценка, прогноз, управление. Том VII. Ресурсы речного стока Казахстана. Книга 1. Возобновляемые водные ресурсы поверхностных вод Западного и Восточного Казахстана. - Алматы: Институт географии, 2012. - 665 с.
2. Давлетгалиев С. К. Поверхностные водные ресурсы Жайык-Каспийского бассейна в границах Республики Казахстан // Гидрометеорология и экология. - 2010. - № 1. - С. 56-66.
3. Наставление по службе прогнозов. Разд. 3. Служба гидрологических прогнозов. Часть 1 Прогнозы режима вод суши. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1962. - 192 с.
4. Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 12, вып. 2. Урало-Эмбинский район - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 511 с.
5. Ресурсы поверхностных вод СССР. Том. 12, вып. 3. Нижнее Поволжье и Западный Казахстан, Актюбинская область. - Л.: Гидрометеоздат, 1962. - 192 с.
119
6. Сальников В.Г., Турулина Г.К., Таланов Е.А., Полякова С.Е., Долгих С.А., Петрова Е.Е. Климат Казахстана - основа формирования водных ресурсов. - Алматы: Институт географии, 2012. - С. 143-152.
Поступила 22.01.2015 Геогр. гылымд. докторы С.К. Давлетгалиев ЖАЙЬЩ-КАСПИЙ АЛАБЫНЬЩ СУ РЕСУРСТАРЫН БОЛЖАУ
Климаттъщ сценарийл!к болжамдарыныц неггзгнде Жайыщ-Каспий алабыныц су ресусртарын болжау мумктд1г1 щарастыръглган. Климаттыц мумкт болатын езгержтерт ескере отырып, су ресурстарыныц келешектег1 кушн сандыщ тургыдан багалау уш1н агынды мен метеорологиялыщ факторлар арасындагы статистикалыщ тэуелдмк эд1а щолданылган.
120
