CC BY
42
Рис. 5. Зависимость годовой суммы средних, многолетних осадков (мм, вертикальная ось) от приближения к орографическому барьеру (км, горизонтальная ось) для подветренных склонов Чуйской котловины (северо-восточный склон Южно-Чуйского хребта)
ИійЛННІМ йСІДКіїН
Рис. 6. Средние многолетние осадки Чуйской котловины
Библиографический список:
1. Галахов, В.П. Материалы наблюдений над снежным покровом и осадками в горах (маршрутные снегомерные съемки и наблюдения по суммарным осадкомерам) за 1964-1973 гг. / В.П. Галахов, Я.Н. Данилкив. — Новосибирск: Зап. Сиб. РНИГМИ, 1974. — 122 с.
2. Галахов, В.П. Водный баланс праКулундинского озера / В.П. Галахов, И.Н. Колупаева. // Природные ресурсы Горного Алтая. Вып. 1 (7). — Горно-Алтайск, 2007. — С. 86-90.
3. Гидрологические исследования рек Чуйской степи Горно-Алтайской АО (технический отчет). Экспедиция по изучению водных ресурсов целинных и залежных земель (ГГИ). — Л.: 1960. — 62 с.
4. Справочник по климату СССР. Выпуск 20, часть II. Температура воздуха и почвы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1965. — 394 с.
5. Справочник по климату СССР. Выпуск 20, часть IV. Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров. — Л.: Гидромете-оиздат, 1969. — 332 с.
6. Справочник по климату СССР. Выпуск 20, Часть II, Книга I. Метеорологические данные за отдельные годы. Атмосферные осадки. — Новосибирск, 1977. — 473 с.
7. Швер, Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР / Ц.А.Швер. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 302 с.
8. Яськов, М.И. Опустынивание Чуйской котловины (Горный Алтай) / М.И. Яськов. -Бийск: НИЦ БиГПИ, 1999. — 195 с.
Статья поступила в редакцию 15.09.09
УДК 631.95:631.6.02:626.8
Е.Д. Кошелева, канд. с.-х. наук, ИВЭП СО РАН, г. Барнаул К.Б. Кошелев, канд. физ.-мат. наук, ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
ПРОГНОЗЫ ВЛИЯНИЯ БУРЛИНСКОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА НА ПРИЛЕГАЮЩИЕ АГРОЛАНДШАФТЫ
Выполнено моделирование процессов гидрообмена в литосфере в зоне Бурлинского магистрального канала.
Получены прогнозные карты изогипс территорий, зоны изменения уровней грунтовых вод и водных режимов почв прилегающих агроландшафтов. Прогнозируется опасность вторичного засоления земель вдоль трассы канала в установленных границах.
Ключевые слова: агроэкология, агроландшафты, Бурлинский магистральный канал, прогноз, зона влияния, фильтрация, уровни грунтовых вод, водные режимы почв, вторичное засоление.
Агроэкология как раздел экологии исследует возможность сельскохозяйственного использования земель для получения растениеводческой и животноводческой продукции при одновременном сохранении сельскохозяйственных ресурсов (почв, естественных кормовых угодий, гидрологических характеристик агроландшафтов) и биологического разнообразия, а также рассматривает вопросы защиты экологической среды обитания человека и производимой продукции от сельскохозяйственного загрязнения.
Строительство и эксплуатация крупных инженерно-мелиоративных объектов всегда сопровождается нарушением функционирования природных комплексов, что в конечном итоге приводит к изменению гидроло-
гических характеристик агроландшафтов и к изменению условий хозяйствования. Возникает необходимость в качественной оценке аграрного природопользования в целях его рационализации.
В Алтайском крае в 2002 г. возобновлено строительство Бурлинского магистрального канала. Планируемая сдача объекта к 2010 г сделали актуальными прогнозы его влияния на прилегающие агроландшафты с целью предотвращения деградации их почвенного покрова. Практика показывает, что эксплуатация подобных сооружений неизменно приводила к вторичному засолению земель вдоль новых каналов [1-2].
Цель настоящей работы заключается в прогнозе влияния Бурлинского магистрального канала на прилега-
ющие агроландшафты в период его эксплуатации.
Бурлинский магистральный канал (30,4 км) должен соединить Новосибирское водохранилище с оз. Пры-ганским бассейна р. Бурлы (рис.1). Русло р. Бурлы с 20 км (оз. Прыганское) по 440 км (оз. Б. Топольное) будет использоваться для дотационной подачи воды расходом 5 м3/с с целью наполнения системы Бурлин-ских озер. При переходе Немецкого района на поверхностные источники орошения подача обской воды увеличится до проектных значений 10 м3/с.
Магистральный канал запроектирован в земляном русле и на большей части трассы без противофильтраци-онной пленки (28,6 км).
Рис. 1. Схема подачи воды по Бурлинскому магистральному каналу
Канал граничит с агроландшафтами Крутихинского района Алтайского края и взаимодействует с различными их компонентами. За исключением селитебных территорий (с. Крутиха, с. Прыганка) и земель лесного фонда (Панкрушихинский лесхоз) прилегающие земли являются агроландшафтами, используемыми ТОО «Рассвет», «Яблочное», «Боровое», администрациями Кру-тихинского, Подборнинского, Прыганского сельских советов и фермерскими хозяйствами. Это пашни, залежи, сенокосы, пастбища, пастбища коренного улучше-
ния. В данной работе далее различаются границы агроландшафтов: 1 — по землепользованию, 2 — в пределах одного землепользования — по угодьям; 3 — в пределах одного угодья — по почвенным контурам.
Понятие агроландшафт (рис. 2) позволяет в области мелиорации покомпонентно оценивать влияния канала и выделять наиболее значимые аспекты изменения. Природные «подсистемы» почвы и грунтовые воды, как системные объекты в свою очередь, имеют свои компоненты и режимы функционирования. Схема составлена по материалам [3-6].
В данном исследовании изучается существующее к настоящему времени влияние канала на рельеф, растительность, поверхностные и грунтовые воды прилегающих территорий и прогнозировалось его влияние на компоненты: грунтовые воды (на их уровни) и почвы (на их водные режимы).
Грунтовые воды в зоне исследования залегают на глубинах от 16 до 2,5 м, имеют минерализацию до 2,2 г/л. Почвы прилегающей территории представлены черноземами обыкновенными, черноземами выщелоченными, лугово-черноземными почвами, солонцевато-солончаковатыми почвами с солонцовыми комплексами и солодями. Для них характерны, соответственно, непромывные, периодически промывные, десуктивно-выпотные и выпотные водные режимы. Полоса отвода земель под канал варьирует от 50 до 145 м. При фильтрации воды и выходе границ влияния канала за пределы полосы отвода земель, он будет воздействовать на уровни грунтовых вод и водные режимы почв прилегающих агроландшафтов.
На основе системного подхода в работе комплексно используются методы аналогов, топографического дешифрирования снимков, методы полевых и инженерно-геологических исследований, картографического районирования и зонирования территории, расчетно-аналитические методы и математическое моделирование.
Рис. 2. Структура агроландшафтов
Прогнозируемые фильтрационные потери носят неизбежный характер из-за земляной конструкции канала, слагаемого суглинками, супесями и песками (Кф = 0,1-1,8 м/сут.), а также из-за нарушения целостности экрана в зоне песков Приобской террасы (Кф = 15,4-17 м/сут.). При подаче расхода 0 = 10 м3/с общие потери составят 20,33% (по формулам А.Н. Кос-тякова [7]) и 22,31 % (по формулам А.Н. Костякова с коэффициентами Н.А. Бакашева [8]). Расчет фильтрационных потерь по СНиП 2.06.03-85 дает величины того же порядка: для трапецеидальных сечений при фильтрации параллельно пластам — 14%, при фильтрации перпендикулярно пластам — 10%, для видоизмененных поперечных сечений до параболической формы — 20% и 14%, соответственно. На практике КПД оросительных сетей конца XX в. достигал 68-71% [9]. Ожидаемое КПД будет близко к этой величине. Прогнозируемые зоны влияния магистрального канала будут вызываться фильтрацией воды через смоченный периметр.
Для оценки влияния канала было выполнено математическое моделирование взаимодействия потока воды в канале и уровней грунтовых вод прилегающих территорий. Математическая модель основана на решении системы дифференциальных уравнений Буссинеска и диффузионных волн, и представляет собой одну из реализаций возможных моделей процесса водообмена в гидролитосфере [10].
Для описания фильтрации грунтовых вод используется уравнение Буссинеска в следующем виде:
Боковой приток 1 = 11 + 12 где СІ1 — склоновый сток,
+ d,,
йИ і) | т .
і
■ Г, у
<)
Здесь х, у — декартовы координаты вдоль поверхности Земли, t — время, Н — абсолютная отметка уровня подземных вод, Тх, Ту — проводимости в направлениях х, у, соответственно.
v(p} = ij\p\styi(p)
А -■
Г.І
кх, ку — коэффициенты фильтрации в направлениях х, у, гп — отметка подошвы слоя, — отметка кровли слоя.
**где т — коэффициент упругоемкости горизонта, т — коэффициент гравитационной водоотдачи.
У(х,у^) — известный источник (сток).
Для определения течения в реках и каналах используется уравнение диффузионных волн, являющихся упрощением уравнений Сен-Венана и применяемым для расчетов уровня воды в равнинных реках, при этом гидрологическую сеть можно представить в виде дерева.
Здесь в — координата вдоль русла канала, г — уровень воды в канале, ш — площадь поперечного сечения потока.
№ =ЛДЛ) 1п->
где п — коэффициент шероховатости Маннинга, И — гидравлический радиус.
— поступление из грунтовых вод (здесь п — нормаль к руслу реки), 6,3 — осадки и испарение.
Численный алгоритм решения задачи реализован в виде компьютерной программы и прошел тестирование различного рода: от расчетов задач с известным аналитическим решением (погрешность явилась величиной того же порядка, что и ошибки округления) до расчетов модельного варианта течения в прямом канале, имеющего опытные данные депрессионных поверхностей (максимальная разница не превысила 0,1%). Были выполнены так же расчеты задачи течения большой реки со сложной геометрией потока и с расположенными близи потока водопонижающими скважинами. Таким образом, была проверена работоспособность реализованного алгоритма для нахождения нестационарного движения подземных и поверхностных вод, в т.ч. и при достаточно сложной геометрической структуре задачи.
Компьютерная программа для моделирования совместного движения подземных и поверхностных вод позволяет получать результаты расчета в виде таблиц данных (базы данных) и масштабированных карт территории исследования.
Моделирование взаимодействия УГВ с водным потоком в канале выполнено в четырех бьефах Бурлинс-кого магистрального канала при пропуске проектного расхода 10 м3/с для проектного коэффициента шероховатости п=0,02 в течение первых шести месяцев эксплуатации канала при непрерывном режиме работы (время исчислялось в секундах).
Исходными данными служили планы территории с трассой канала, геологическое сложение и физикомеханические свойства грунтов, высотные отметки дна канала и его геометрия, гидравлические параметры потока, коэффициенты фильтрации грунтов в расчетных узлах сетки, УГВ, глубина залегания водоупора.
Положительной стороной применения ЭВМ является количественная неограниченность представления результатов: по полученным моделям можно получать карты с любым заданным интервалом времени и в любом линейном масштабе. Для визуального представления результатов расчета в этой работе были программно выстроены 24 прогнозные карты изогипс с интервалом в один месяц (по шесть карт для каждого бьефа). Пример такой карты приведен на рисунке 3.
Другой положительной особенностью полученных прогнозных карт является достаточно точное отражение качественных явлений взаимодействия УГВ и воды канала: в поперечных сечениях уровни грунтовых вод имеют классическую форму депрессионных кривых (рис. 4.) Также правильно отражены границы перехода от фильтрации вод из канала к фильтрации грунтовых вод в канал.
Прогнозируемые границы зон влияния канала на грунтовые воды и на водные режимы прилегающих почв получены при совместной обработке прогнозных карт, топографических планов, профилей, почвенных карт и карты сельскохозяйственного землепользования. Для каждого бьефа составлены карты и таблицы площадей изменения УГВ (табл.1) и водных режимов почв, а также установлены их землепользователи.
В 1 -м бьефе зона влияния канала на УГВ выходит за пределы полосы отвода земель, но влияния на водные режимы почв не будет, капиллярная кайма над депрес-сионными кривыми нигде не достигает нижней границы корнеобитаемого слоя. Во 2-м бьефе к шестому месяцу работы в поперечных сечениях вне полосы отвода земель прогнозируются подзоны выпотных (75,0 га) и десуктивно-выпотных режимов (38,9 га) (табл. 2, рис. 5).
Рте. 3.Пpoгнoзная каpта Mora^ 1-гo бьeфа Бypлинcкoгo MK: Q = 10 м3/с, n = 0,02
Риc. 4. Дeпpeccиoнныe кpивыe на ПК 7+00 Бypлинcкoгo магиcтpальнoгo канала
Таблица 1
Плoщади влияния Бypлинcкoгo магиcтpальнoгo канала на УГВ пpи нeпpepывнoм peжимe pабoты c pаcxoдoм 10м3/c пpи n=0,02, га
■э- 1 ий Расположен не киви |{рі:чя р:і<їпім 1, икацы
1 2 3 л 5 6
1 Фнптпщжх н j трала (ТОО«Ркжі».ІЛ№І земель)
СлсіИ 19.0 25.3 32.0 3(5.7 4U 43.5
Справа 22.6 27,3 32,1 37,8 44.7 48,8
2 ФИЛЬ'ФНІЛІЯ В кан& Слева 4lI Л (ТОО «Р 7,0 ассвл», о 11,9 ГНОД 15.1 1Ь) 15.9 ш
Спмна 3,1 6.3 9Л 10,9 16,5 20,7
ФіІЛкГрЛЦМН ИЧ KJUjjrft (C(J Кругикін 1UU ґасикт, «1 рудовшд, егвод земель)
Сонь 242,0 295,9 3 54,6 J02/J J44.4 472,8
Сптивв 226.7 318.0 377.8 435.1 46S.I 516.в
в-тюм числе whsi фнльтваини м і канала нл ісмла* пользователей
С кру і ила ш S6,3 1ІУ2 141,і] ІЬ1,Ь і Уу,4
ІООРшсга 3002 ЗЙ-М 445,4 503,0 5S0;14 57К,і>
ТпЛИіІИ 4SJ 75,8 ] 01,7 126,5 1JZ.9 163.9
3 Члия тодгняшинскнн СС .ТОО по.шн ЇМ Пі.тріїї ГЕГЕГ П ШИЛ пнііє, «Конііі iiih;i.ij, fl['i'pf)\ іі(іИіі>>, ні і тід н^м^.ік)
Сим 73,5 109.S 131,? І4&3 163,6 162,0
с: и рапа 100,4 120,& 137,7 1472 167,2 ]%А
iiiмл фильтрицин m канала (ТОО Пидбионос. ТОО PiiuuHti. ч ГорО vh и ва». етжчі нсмшьі
Cj4?«l 3L.0 НІ.] 128 А ІЗІї 155,3 179,7
С права 8 U 105.9 120,1 m2 1473 158,5
і: том числе шиз флльтраци и итз пиала на аемлях п ел Е/юва талей
ГОО вЕкшбырнмдо 17*9 19,1 21.1 24,2 28,U 31.S
ТОО «Р:и’гпет» iwjs П4 і> 147,2 211.1 236.4 їм:-.
«Горбунова» І-' 7.5 13,3 15,3 21,4 24,2
4 Чпмй фшіітрацнн НІ ПІШІЙ (]ЄІШКи№9ШТ«ЛН II ГКМЇОИІ СПТОЛЗ
Сле Рчі 794,1 11 J2.I 1446,1 1 Ґг27,4 ІН27.9 2005,]
Сшнва 8?6.4 1367.2 1406.2 1434JS 16006 1735.6
в том чнсіпс іона фнлілгаїінк из канала на земляк пгшкитмтет'й
1 ІС1ІІ крушиXIІІІСМГІГ ЛОСКОЇ 105S 227,4 25 ї, о 319,0 375,1 422,3
ТОО кБомзвое» 46,7 144,6 207,1 231,Й 291М ;2/.2
ТОО «ПцдбиряОий 559,1 $75,1 ■ 109,1 1306,4 147$,5 1666,2
1 ІрМтНГІГИЙ (Ч ' Ч7К.Ч 448,11 “ІЇ4.Ч 541,5 6I4.S 623,2
ПодбОрніІИСИїІ! СС 194,4 306,5 343,я 380,0 407,9 421,6
«Мімчкй 31.1 35,6 35,6 35,6 35,6 35,6
«РйСііОі і и ftiw Иного понижение УҐВ іО 243,0 290,6 0,1 321,5 8,0 3631 15,9 4114
итого П05ЬШСНИС V] В 1339,0 33(Н,7 3697,5 4242,7 474%fi 5 1 СИ),5
Измєнєния затpoнyт чepнoзe-мы oбыкнoвeнныe и чepнoзeмы выщeлoчeнныe. Пpи oбщeй мине-pализации гpyнтoвыx вoд дo 1 г/ л, на пpилeгающeй ^ 2-му 6ьєфу тeppитopии наблюдаeтcя пecтpoта ик xимичecкoгo cocтава: гидpoкаp-бoнатнo-cyльфатныe натpиeвo-кальциeвыe, гидpoкаpбoнатнo-на-тpиeвыe, кальциeвo-натpиeвыe, кальциeвo-магниeвыe. Oпытныe yчаcтки, залoжeнныe ЛГМИ в 1975 г. на маccивe opoшeния pя-дoм c каналoм, давали пpoгнoзнoe coдoвoe, гидpoкаpбoнатнo-cyльфат-нoe, xлopиднoe типы заcoлeний [11]. Существует peальная yгpoза втopичнoгo заcoлeния в пoдзoнe выпoтныx вoдныx peжимoв.
В 3-м 6ьєфє к шecтoмy мecяцy pабoты измєнєния кocнyтcя чep-нoзeмoв oбыкнoвeнныx, чepнoзe-мoв выщeлoчeнныx. Вытотные вoд-ные peжимы ycтанoвятcя на 27,0 га, дecyктивнo-выпoтныe peжи-мы — на 13,1 га пpилeгающeй тeppитopии (табл. 2).
Bce плoщади являютcя землями ceльcкoxoзяйcтвeннoгo ^толь-зoвания (агpoландшафтами). Виды yгoдий oтpажeны на пpoгнoз-ныx каpтаx данные бьeфoв и пpeд-cтавляют coбoй пашню, залежи, паcтбища. Изменения затpoнyт 14 агpoландшафтoв тpex земле^ль-зoватeлeй.
В 4-м бьефе тpаccа канала в мopфoлoгичecкoм oтнoшeнии pаc-пoлагаeтcя на пoлoгo yвалиcтoм платo c западинными фopмами peльeфа. Данный бьеф пepeceкаeт вoдopаздeл Oбcкoгo и Бypлинcкo-гo баcceйнoв и заканчиваeтcя в дoлинe дpeвнeгo cтoка. Гpyнтoвыe вoды залегают дocтатoчнo близкo к пoвepxнocти земли, дocтигая
Рис. 5. Фрагмент карты прогнозируемых зон влияния 2-го бьефа Бурлинского магистрального канала на УГВ и водные режимы почв при Q=10 м3/с, п=0,02: 1 — границы землепользования; 2 — границы почвенных контуров в пределах зон влияния; 3 — индексы почв прилегающих агроландшафтов 4 — границы зон влияния канала на УГВ в сроки 1-6 месяцев работы; 5 — граница зон влияния канала на почвы к 6-му месяцу, она же внешняя граница подзоны де-суктивно-выпотного водного режима; 6 — подзона выпотного водного режима вне полосы отвода земель; 7 — полоса отвода земель под канал в постоянное пользование; 8 — селитебные территории; 9 — водоемы-отстойники п. Крутиха; 10 — пикетаж трассы канала
порой 2,3 м. В среднем УГВ устанавливаются на глубинах 4-5 м. Воды хлоридно-гидрокарбонатно-сульфатные натриево-кальциевомагниевые с минерализацией до 2,2 г/л, с преобладанием сульфат-ионов и ионов магния в начале бьефа. Плохая дренированность территории, слабая водоотдача пород и близкое стояние грунтовых вод сформировали болотные и солонцевато-солончаковатые почвы. В зоне влияния 4-го бьефа почвенный покров представлен черноземами (выщелоченными средне- и маломощными малогумусными суглинистыми и легко суглинистыми, слабо развеянными), лугово-черноземными почвами (выщелоченными средне- и маломощными малогумусными суглинистыми и легкосуглинистыми), лугово-черноземными солончаковатыми почвами, а так же солонцами, соло-дями и болотными почвами. Такое обилие гидроморфных почв создает неблагоприятные исходные условия, которые будут усугубляться под влиянием фильтрации воды из канала, вызывающей рост уровня грунтовых в пределах очерченных границ.
Таблица 2
Площади земель с прогнозируемым изменением водного режима почв в 2-3-м бьефах Бурлинского магистрального канала ^=10 м3/с, п=0.02; 1=6 мес.), га
-S- Ч ш Зсжновдьэомтслн Новые водные режимы из исходных почвах Bwt
выттстгиой .'ic.'cvkrnrmict-m.i ігпгнпй
ч32, Ч"::. іьсегп 4^ чЧі nrcm
КиутгиялнскнИ СС ьг Ifl I4.J 5,4 3,7 9,i 2
ТЧ X) «FbcctK г* 4Й,? 1 1 JS ilj6 21,3 27,0 T)jb
2 лТрудпішкУ. 7,4 - 7,4 2,7 - Ifi in.fi
Итого SSi3 iv 75,0 29,* V 38,9 113,8
3 ТОО ^Рассвет» - 27,0 27 ft - 13,1 13,1 40.1
К шестому месяцу эксплуатации УГВ повысятся на лугово-болотных и болотных почвах суммарной площадью 298,5 га, солонцах — 437,4, солодях — 352,2 га. Сложные исходные солевые и водные условия требуют расчета солевых режимов территории (3512 га) в пределах всей зоны влияния 4-го бьефа канала на УГВ. Для предотвращения деградации прилегающих земель и падения продуктивности агроландшафтов необходимо уменьшить потери воды из канала.
Таким образом, можно сделать следующие выводы.
1. На стадии проектирования возможно упреждающее прогнозирование зон влияния канала на УГВ и водные режимы почв прилегающих агроландшафтов.
2. Прогнозируемые зоны влияния канала на уровни грунтовых вод и водные режимы почв прилегающих агроландшафтов выходят за пределы полосы отвода земель по проекту. Установленные площади, подверженные влиянию канала в первый сезон эксплуатации, потребуют ежегодного мониторинга.
3. Для 4-го бьефа в пределах зоны влияния канала на УГВ при проектировании инженерной защиты территории в зоне засоленных почв необходимо провести расчет солевого режима.
Библиографический список
1. Ковда, В. А. Проблемы борьбы с опустыниванием и засолением орошаемых почв / В. А. Ковда. — М.: Колос, 1984. — 303 с.
2. Винокуров, Ю. И. Кулундинский канал. Ландшафтно-индикационная оценка природных условий в зоне влияния и прогноз их изменений : монография / Ю. И. Винокуров [и др.]; АН СССР, Сиб. отд., ин-т географии. — Иркутск : Восточно-Сибирская правда, 1985. — 198 с.
3. Преображенский, В. С. Беседы о современной физической географии / В.С. Преображенский. — М.: Наука, 1972. — 166 с.
4. Лопырев, М. И. Агроландшафты и земледелие / М. И. Лопырев, С. А. Макаренко. — Воронеж : ВГАУ, 2001. — 168 с.
5. Диденко, П. А. Морфологическая и хозяйственная структура лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности / П. А. Диденко // Вестник Ставроп. ун-та. — 1999. — Вып. 17. — С. 19-23.
6. Каторгин, И. Ю. Распаханность территории Ставропольского края (ландшафтный аспект) / И. Ю. Каторгин // Природные ресурсы и экологическое образование на Северном Кавказе: материалы межрегион. науч.-практ. конф. — Ставрополь, 2002. — С. 20-21.
7. Костяков, А. Н. Основы мелиораций / А. Н. Костяков. — М. : Сельхозиздат, 1960. — 622 с.
8. Бакашев, Н. А. Некоторые вопросы фильтрации и кольматации русла каналов / Н. А. Бакашев, В. А. Новицкий, Б. Сапаров. — Ашхабад: Ылым, 1973. — 210 с.
9. Кундиус, В. В. Повышение эффективности орошаемого земледелия Алтайского края: дис. ... канд. эконом. наук: 08.00.05 / В.В. Кундиус— М., 2002. — 165 с.
10. Антонцев, С. Н. Системное математическое моделирование процессов водообмена / С. Н. Антонцев, Г. П. Епихов, А. А. Кашеваров. — Новосибирск : Наука, 1986. — 215 с.
11. Прогноз изменения гидрогеолого-мелиоративной обстановки в условиях орошения в бассейне р. Бурлы Алтайского края: отчет о НИР : в 3 т. / Ленингр. гидрометеорол. ин-т ; науч. рук. доц. Морозов ; состав. Поставнич Л. И. [и др.]. — Л., 1975. — Т. II., Текстовые приложения. — 71 с.
Статья поступила в редакцию 19.01.09
УДК 556.531.4
А.Т. Зиновьев, канд. физ.-мат. наук, с.н.с., зав. лаб. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул К.Б. Кошелев, канд. физ.-мат. наук, доц., с.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул К.В. Марусин, н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
ЧИСЛЕННЫЙ ПРОГНОЗ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ НА УЧАСТКЕ РЕКИ ОБЬ В РАЙОНЕ БАРНАУЛЬСКИХ РЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРОВ С ЦЕЛЬЮ ИХ УСТОЙЧИВОГО ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
Представлены результаты численного моделирования русловых процессов на участке р. Обь в районе Барнаульских речных водозаборов. Показано, что построенная математическая модель потока, транспорта наносов и деформаций дна правильно отражает основные особенности русловых процессов на рассматриваемом участке. Данная модель может быть использована в целях, как прогноза, так и разработки инженерных мероприятий для обеспечения устойчивой работы поверхностных водозаборов.
Ключевые слова: русловые процессы, математическое моделирование
Эффективность мероприятий по строительству и эксплуатации водозаборных сооружений на реках во многом зависит от того, в какой мере они учитывают специфику русловых процессов. Изменение плановых очертаний русла, вертикальных отметок дна, смещение аллювиальных форм руслового рельефа (побочней, кос, осередков) весьма часто может сопровождаться опасными проявлениями. Это особенно характерно для рек юга Западной Сибири [1].
Существующая уже более двух десятилетий проблема устойчивого функционирования двух поверхностных водозаборов г. Барнаула, которые обеспечивают 95% водоснабжения города, непосредственно обусловлена естественным ходом русловых процессов на р. Обь (рис. 1а).
Вследствие смещения вниз по течению системы излучин водоприемный ковш водозабора №1 оказался в настоящее время практически полностью отсеченным от основного русла реки (рис. 1б). Для обеспечения его функционирования необходимо ежегодно разрабатывать подходной канал длиной около 100 м через толщу песчаных отложений.
Аналогичная ситуация, только на более ранней стадии развития, наблюдается и в районе водозабора №2, расположенного у вершины вынужденной излучины (рис. 1в).
Верхнее крыло излучины ориентировано практически по нормали к левому коренному берегу, динамическая ось потока прижимается к нему лишь ниже водозабора, а подходы к водозабору оказались в водоворотной зоне, аккумуляция наносов в которой является основным фактором заносимости этого сооружения. Ежегодно дно ковша покрывается песком примерно на 1 м, идет активный рост пляжа, образовавшегося непосредственно выше водозабора.
Как правило, противодействие такому негативному ходу руслового процесса состоит в выполнении некоторого комплекса русловыправительных работ, направленных на то, чтобы остановить сползание излучин вниз по течению и отклонить динамическую ось потока к водозаборам путем, Это может быть достигнуто, в частности, путем строительства берегозащитных сооружений и струенаправляющих шпор на размываемом берегу выше по течению.
Рис. 1. Река Обь в районе водозаборов г. Барнаула: а) общий вид (снимок Landsat 04.09.2002 г.); б) водозабор №1; в) водозабор №2 (Google 04.10.2004 г.)
