CC BY
28УДК 556.51:504.3 DOI: 10.35567/19994508_2022_2_8
Современное состояние и использование водных ресурсов трансграничных рек степной зоны
Ж.Т. Сивохип ЕЗ , В.М. Павлейчик D
ISI sivohip@mail.ru
Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, г. Оренбург, Россия
АННОТАЦИЯ
Актуальность. Проблемы гарантированного обеспечения водными ресурсами особенно остро проявляются в регионах с неустойчивым увлажнением, расположенными в т. ч. и в пределах степной зоны. В работе дана оценка современного состояния и использования водных ресурсов трансграничных бассейнов рек Урал и Иртыш в пределах степной зоны. Отмечена пространственно-временная неоднородность речного стока, обусловленная дифференцированным распределением атмосферных осадков и местными физико-географическими условиями. Методы. На основе ряда показателей проведена оценка водообеспеченности регионов трансграничных бассейнов Урала и Иртыша и определены региональные особенности использования водных ресурсов. Оценка состояния водных ресурсов производилась на основе сопоставления объема водных ресурсов с объемами используемой воды, площадью региона и численностью населения. Расчет реальной во-дообеспеченности (отношение среднегодовой величины водных ресурсов за трехлетний маловодный период, безвозвратного водопотребления и численности населения) позволил выделить регионы, характеризующиеся развитием сложной водохозяйственной обстановки, особенно в годы низкой водности. Для оценки эффективного использования водных ресурсов использован удельный суммарный расход (свежая и оборотная) воды на 1 руб. валового регионального продукта. Результаты. Показано, что за последние десятилетия в исследуемых водных бассейнах произошли заметные изменения в показателях экономии воды, в частности в увеличении доли оборотного и повторно-последовательного водопотребления. При этом в регионах трансграничных бассейнов Урала и Иртыша сохраняется значительная дифференциация по показателю коэффициента водооборота (Коб). Отмечено, что приоритетной задачей в трансграничных речных бассейнах степной зоны является обеспечение экономически выгодного и экологически безопасного использования водных ресурсов для государств-водопользователей.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: водные ресурсы, гарантированное водообеспечение, степная зона, трансграничный бассейн, изменение водного режима, структура водопотребления
Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-27-00239.
Для цитирования: Сивохип Ж.Т., Павлейчик В.М. Современное состояние и использование водных ресурсов трансграничных рек степной зоны // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2022. № 2. С. 95-110. DOI: 10.35567/19994508_2022_2_8.
Дата поступления 31.01.2022.
© Сивохип Ж.Т., Павлейчик В.М., 2022
Current state and use of the steppe zone transboundary rivers' water resources Zhanna T. Sivokhip ISI , Vladimir M. Pavleychik ID
ISI sivohip@mail.ru
Russian Academy of Sciences Ural Branch Institute of Steppe, Orenburg, Russia ABSTRACT
Relevance. The problems of guaranteed supply of water resources are particularly acute in regions with unstable moisture, including those located within the steppe zone. The work assesses the current state and use of water resources in the transboundary basins of the Ural and Irtysh rivers within the steppe zone. The spatial/temporal heterogeneity of the river runoff has been noted, due to the differentiated distribution of atmospheric precipitation and local physical and geographical conditions. Methods. Based on a number of indicators, we have assessed water supply in the regions of the transboundary basins of the Ural and Irtysh rivers and have determined regional features of the water resources use. The assessment of the state of water resources was carried out based on a comparison of the volume of water resources with the volume of water used as well as with area and population. The calculation of the real water supply (the ratio of the average annual value of water resources for a three-year dry period, non-returnable water consumption and population) made it possible to single out regions characterized by the development of a complex water-economic situation, especially in years of low water content. To assess the effective use of water resources we used the water specific total consumption (fresh and circulating) per 1 ruble of gross regional product (GRP). Results. The structure of water consumption in individual regions is still characterized by a significant share of the use of water resources in irrigated agriculture. It is indicated that over the past decades in the studied basins there have been noticeable changes in water saving indicators, in particular, in an increase in the share of circulating and re-successive water consumption. At the same time, in the studied regions of the Urals and the Irtysh transboundary river basins significant differentiation in terms of the water rotation coefficient (Kob) is retained. In conclusion, we noted that the priority task in the transboundary river basins of the steppe zone is to ensure the economically beneficial and environmentally safe use of water resources for water user states.
Keywords: water resources, guaranteed water supply, steppe zone, transboundary basin, change in water regime, structure of water consumption.
Financing: The study has been done at the expense of the grant of Russian Scientific Fund No. 22-27-00239.
For citation: Sivokhip Z.T., Pavleychik V.M. Current state and use of the steppe zone transboundary rivers water resources. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management. 2022. No. 2. P. 95-110. DOI: 10.35567/19994508_2022_2_8.
Received 31.01.2022.
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях глобальной перестройки климатической системы проблемы гарантированного обеспечения водными ресурсами населения и экономики актуальны для многих регионов мира [1, 2]. Особую остроту данная проблематика демонстрирует в регионах с крайне неустойчивыми условиями увлажнения, расположенными в пределах степной зоны. Решение задач гарантированного обеспечения водными ресурсами засушливых территорий затрудняется стохастичностью природных процессов, усиливающейся на фоне наблюдаемого возрастания силы и частоты аномальных событий [3].
Отдельный интерес представляют вопросы комплексного использования водных ресурсов трансграничных речных бассейнов степной зоны - сложных природно-хозяйственных систем, объединенных единством вещественно-энергетических потоков, но разделенных государственными границами. В данной статье проведена оценка современного состояния и использования водных ресурсов в пределах смежных трансграничных речных бассейнов Урала и Иртыша. Пространственная специфика исследуемых речных бассейнов определяет наличие «зеркальных» интересов Российской Федерации и Республики Казахстан в сфере трансграничного вододеления (рис. 1, табл. 1).
Крупный «донор» речного стока для степных регионов Республики Казахстан - р. Урал, главные районы формирования стока которой совпадают с верхними и средними участками водосборной территории, расположенными в пределах российских регионов. Водосборная область бассейна р. Урал замыкается южнее г. Уральска (Республика Казахстан). Нижнее течение реки характеризуется отсутствием боковой приточности и потерей на транзитном участке в различные по водности годы до 20 % годового стока.
Рис 1. Трансграничные бассейны степной зоны российско-казахстанского сектора 1 - бассейн р. Урал; 2 - бассейн р. Иртыш; 3 - степная зона; 4 - государственная граница; 5 - границы административно-территориальных
единиц; 6 - приграничные российские створы; 7 - водохранилища. Fig 1. Transboundary basins within the steppe zone of the Russian-Kazakh sector 1 - basin of the Ural River; 2 - basin of the Irtysh River; 3 - steppe zone; 4 - state border; 5 - boundaries of administrative-territorial units; 6 -Russian border reaches; 7 - reservoirs.
Трансграничный бассейн р. Иртыш пересекает государственные границы трех стран - Китая, Республики Казахстан и Российской Федерации. Средний участок водосборной территории р. Иртыш, совпадающий с зональным распространением степных ландшафтов, расположен в пределах Республики Казахстан (55 % от общей площади бассейна). Для рек среднего участка (реки Тобол, Ишим и др.) характерны значительные вариации стока в сезонном и многолетнем разрезе: так, в маловодные годы сток р. Ишим меньше среднего многолетнего в 6-10 раз [4]. Кроме того, среднее течение бассейна р. Иртыш характеризуется значительным уровнем антропогенной нагрузки - в пределах бассейна расположены ключевые центры металлургии и энергетики, крупные гидротехнические сооружения (Бухтарминская ГЭС и др.), а в структуре сельского хозяйства ряда регионов большое значение имеет орошаемое земледелие.
Таблица 1. Сток трансграничных рек в приграничных российских створах, км3/год (знаменатель - 2018 г., числитель - 2019 г.)1, 2 Table 1. Runoff of transboundary rivers in Russian border sections, km3/year (denominator - 2018, numerator - 2019)
Приграничный створ (река - пункт) Приток на территорию Российской Федерации Отток с территории Российской Федерации
норма годовое значение отклонение от нормы, % норма годовое значение отклонение от нормы, %
Ишим - Ишим 1,39 2,56 84,2
1,39 3,31 138,1
Иртыш - Татарка - 31,0 -
31,0
Тобол - 1,20 0,73 -39,2
Звериноголовское 1,20 0,63 -47,5
Урал - Оренбург 2,93 1,46 -50,2
2,93 1,02 -65,2
Жарлы - 0,09 0,09 0,0
Адамовка 0,09 0,02 -77,8
Орь - Истемес 0,22 0,11 -50,0
0,22 0,01 -95,5
Илек - Веселый 0,65 0,19 -70,8
0,65 0,19 -70,8
Современное состояние водных ресурсов рек трансграничных бассейнов Урала и Иртыша сформировано под воздействием многочисленных факторов:
- пространственно-временных изменений речного стока в условиях нестационарного климата и закономерного развития вододефицитной ситуации на участках рек;
- зарегулирования речного стока в верхнем течении трансграничных рек Урал, Илек, Тобол, Ишим, Иртыш; трансграничного переноса загрязняющих веществ и ухудшения качества водных ресурсов;
1 Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество в 2018 году. Санкт-Петербург, 2019. 153 с.
2 Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество в 2019 году. Санкт-Петербург, 2020. 154 с.
- индустриально-аграрного развития отдельных территорий и, как следствие, увеличения спроса на водные ресурсы без учета стратегических интересов всех регионов трансграничного бассейна и др.
С учетом вышесказанного основной целью проведенного исследования является сопоставительная оценка современного состояния водных ресурсов трансграничных рек степной зоны и выявление особенностей отраслевой структуры использования водных ресурсов в регионах Российской Федерации и Республики Казахстан.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исходными данными для изучения состояния и использования водных ресурсов исследуемой территории стали статистические данные о наличии, использовании и охране водных ресурсов в регионах Российской Федерации и Республики Казахстан3,4.
Оценка состояния водных ресурсов производилась на основе сопоставления объема водных ресурсов:
- с объемами используемой воды (коэффициент использования водных ресурсов - Кисп);
- с площадью региона (удельная природная обеспеченность, тыс. м3/км2);
- с численностью населения - индекс Фалкенмарка (удельная водообеспе-ченность (тыс. м3/чел.), который свидетельствует об определенном уровне дефицита воды. Пороговое значение данного индекса, характеризующее наличие водной напряженности и развитие водного стресса - менее 1700 м3/год/чел. [5].
Для российских регионов проведен расчет реальной водообеспеченности (отношение среднегодовой величины водных ресурсов за трехлетний маловодный период, безвозвратного водопотребления и численности населения) [6].
Ключевым показателем эффективного использования водных ресурсов является удельный суммарный расход (свежая и оборотная) воды на 1 руб. валового регионального продукта (ВРП). Для регионов со значительной долей забора воды на нужды орошения важным показателем эффективности использования водных ресурсов является потребление воды на 1 руб. продукции растениеводства. Отдельно проведен расчет коэффициента водооборота (отношение объема оборотного и повторно-последовательного водопотребле-ния к валовому водопотреблению на производственные нужды, %).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Водные ресурсы относятся к категории возобновляемых компонентов природной среды, в связи с чем показатели водообеспеченности отдельных территорий не относятся к стационарным характеристикам. Одной из главных особенностей многолетней динамики водных ресурсов рек степной зоны являются значительные колебания годовых объемов стока. Для р. Урал до середины 1960-х годов годовые величины водных ресурсов изменялись
3 Водные ресурсы и водное хозяйство России в 2017 году: стат. сборник / под ред. Н.Г. Рыбаль-ского, В.А. Омельяненко, А.Д. Думнова. М.: НИА-Природа, 2018. 230 с.
4 Охрана окружающей среды и устойчивое развитие Казахстана в 2013-2017 гг.: стат. сборник / под ред. Н.С. Айдапкелова. Астана, 2018. 123 с.
от 25,6 (1946 г.) до 2,92 км3 (1967 г.) [7]. Отметим, что за многолетний период (1936-2016 гг.) годовые величины водных ресурсов р. Урал изменились незначительно: за период 1936-1976 гг. ресурсы поверхностных вод в створе п. Кушум составляли 9,54 км3/год, в современный период (1977-2016 гг.) оцениваются в 9,09 км3/год. Объем годового стока степных рек бассейна р. Иртыш также характеризуется значительными колебаниями и в многоводные годы может в несколько раз превышать объем стока в маловодный период. Например, суммарный объем стока р. Тобол в 2016 г. у с. Милютинка (Костанайская область) в 73 раза превысил объем стока 2019 г., несмотря на регулирование стока крупными Верхне-Тобольским и Каратомарским водохранилищами [8].
Пространственно-временная неоднородность водных ресурсов рек степной зоны обусловлена как закономерной сменой природно-зональных условий формирования стока, так и морфоструктурными особенностями водосборных территорий. Так, главная область формирования стока р. Урал расположена в верховьях бассейна, в пределах западного макросклона Южного Урала. Для этой части бассейна характерны максимальные значения годовых сумм атмосферных осадков, особый режим формирования и разрушения снежного покрова, обусловленный значительной пространственной и вертикальной расчлененностью ландшафтов [9]. В то же время, несмотря на разные физико-географические условия формирования стока рек исследуемого бассейна, для большинства водотоков характерны синфазные колебания речного стока (рис. 2).
ю-
Год
Рис 2. Многолетняя динамика речного стока в бассейне р. Урал (1927-2018 гг.).
Fig 2. Long-term dynamics of river runoff in the basin of the Ural River (1927-2018).
За многолетний период (1927-2018 гг.) для крупных рек бассейна р. Урал установлены много- и маловодные циклы, различающиеся по продолжительности и устойчивости. В частности, продолжительный период, включающий годы средней и низкой водности, наблюдался в 1950-1980 гг. (преобладали годы 75-90 % обеспеченности), что обусловлено не только условиями естественного увлажнения. В данный период произошел значительный рост безвозвратного изъятия водных ресурсов за счет заполнения водохранилищ, увеличения объемов лиманного и регулярного орошения, развития населен-
ных пунктов и др. В итоге максимальные значения объемов безвозвратного изъятия достигли к началу 1980 г. 3,0 км3 против 2,2 км3 в 1970 г. [10].
Изменение водности рек степной зоны установлено и для трансграничного бассейна р. Иртыш. В частности, уменьшение годового стока р. Ишим под влиянием хозяйственной деятельности за период 1935-2008 гг. составило для казахстанской части бассейна около 13 %. Выявлено статистически значимое уменьшение стока р. Черный Иртыш у с. Боран (Восточно-Казахстанская область) в июле (74,2 м3/с или 25,8 %) и августе (77,4 м3/с или 22,6 %). Указанные изменения речного стока обусловлены трансформацией климатических условий и, в первую очередь, общим потеплением климата, определяющим увеличение испарения и смещение границ гидрологических фаз водного режима [11].
Следует отметить, что в настоящее время для рек степной зоны выявлена устойчивая тенденция сокращения многолетней изменчивости водных ресурсов, что подтверждается уменьшением значений коэффициента вариации С; р. Урал (с. Кизильское) - 0,60 (1940-1977 гг. Су = 0,72); р. Урал (г. Оренбург) -0,57 (1927-1977 гг. - Су = 0,83); р. Урал (п. Кушум) - 0,39 (1927-1977 гг. - Су =0,64); р. Сакмара (Каргала) - 0,34 (1928-1977 гг. - Су= 0,53); р. Ишим (г. Петропавловск) -0,8 (1933-1977 гг. - Су=1,0). Для отдельных створов рек степной зоны (Урал, Илек, Ишим, Тобол) уменьшение изменчивости годовых величин речного стока, несомненно, связано с влиянием водохранилищ многолетнего регулирования (Ириклинское, Актюбинское, Сергеевское, Каратомарское). При этом тенденция сокращения многолетней изменчивости установлена для рек с условно-естественным стоком (например, р. Сакмара) и для створов, расположенных выше емкостей многолетнего регулирования (р. Урал - с. Кизильское).
Устойчивой тенденцией изменения водного режима рек степной зоны является рост величин минимального стока (прежде всего, зимнего сезона), что, в свою очередь, обусловливает сокращение доли весеннего половодья и увеличение меженных периодов [12]. Так, для большинства рек бассейна р. Урал с условно-естественным режимом установлено сокращение доли весеннего стока и увеличение доли стока маловодных периодов (реки Орь, Жарлы и др.). Одна из причин развития данной тенденции - существенный многолетний рост значений приземной температуры воздуха в холодный период, сопровождающийся увеличением частоты и продолжительности оттепелей и, следовательно, расходов зимней межени. Кроме того, рост значений минимального стока в зимний период обусловлен увеличением доли базисного подземного питания рек [13]. Еще более значительные изменения выявлены для рек с зарегулированным режимом. Например, доля весеннего половодья р. Илек (п. Веселый) сократилась с 77 % (1950-1977 гг.) до 56 % (современный период), а доля зимнего стока увеличилась с 9 до 17 % (Актюбинское водохранилище введено в эксплуатацию в 1988 г.). С регулированием речного стока ВерхнеИртышским каскадом водохранилищ связывают увеличение зимнего стока (на 70 %) р. Иртыш в пределах казахстанской части бассейна [14].
Несмотря на пространственно-временные изменения речного стока, значительная часть регионов исследуемых трансграничных бассейнов характеризуется достаточно оптимальными показателями водообеспеченности
(табл. 2, рис. 3). Вместе с тем, обращает на себя внимание зависимость отдельных регионов от поступления речного стока с сопредельных государств. Из российских регионов низкой долей местного стока (не более 16 %) выделяются Курганская и Омская области; из казахстанских - Западно-Казахстанская область (доля местного стока не превышает 20 %) и Атырауская область с полным отсутствием местного стока.
Таблица 2. Многолетняя характеристика водных ресурсов трансграничных бассейнов рек Урал и Иртыш5 [15]
Table 2. Long-term characteristics of water resources of transboundary basins of the Ural River and Irtysh River
Регион
« < о
A -
я 3
x v
s z s %
>у S
Г 1 H w u
< о
Cv
ио
а о
« a
и
е <
н
s
а <
^ а
5 У
К
Российская Федерация
Башкортостан 34,2 16,6 26,5 0,30 239,1 9598,1 1,9
Челябинская обл. 7,4 2,8 5,9 0,40 103,9 2626,8 6,3
Оренбургская обл. 12,7 4,2 4,6 0,52 76,0 4724,5 13,9
Курганская обл. 4,3 1,2 0,7 0,87 99,3 8237,6 0,8
Омская обл. 41,3 23,5 6,2 0,52 406,7 29097,1 0,3
Новосибирская обл. 64,3 42,9 8,8 0,30 360,8 25292,3 0,8
Алтайский край 55,1 38,7 19,4 0,24 367,3 26081,1 0,7
Республика Казахстан
Западно- 8,7 2,6 1,7 0,64 57,7 13811,0 3,9
Казахстанская обл.
Актюбинская обл. 3,25 0,6 2,8 0,77 10,9 3890,4 9,8
Атырауская обл. 6,6 2,2 0,0 0,53 58,2 11350,4 3,2
Северо- 33,6 18,3 4,2 0,73 59,3 1748,9 5,1
Казахстанская обл.
Костанайская обл. 1,5 0,3 1,9 1,03 7,9 1701,7 5,7
Восточно- 35,6 20,6 27,8 0,25 129,7 25728,7 1,5
Казахстанская обл.
Павлодарская обл. 29,1 17,6 0,05 0,25 228,3 38503,3 10,7
Величина удельной водообеспеченности (индекс Фалкенмарк) в большинстве регионов также свидетельствует об отсутствии напряженности в обеспечении водными ресурсами, за исключением Северо-Казахстанской и Костанайской областей Республики Казахстан. Среди российских регионов минимальные значения удельной водообеспеченности характерны для Челябинской и Оренбургской областей, что обусловлено, в первую очередь, недостаточным объемом возобновляемого речного стока.
Расчет коэффициента использования (Кисп) водных ресурсов на основе сопоставления располагаемых ресурсов и объемов используемой воды является широко распространенным подходом к оценке антропогенной нагрузки на по-
5 Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество в 2019 году: справ. издание. Санкт-Петербург, 2020. 154 с.
верхностные воды. Согласно проведенным расчетам, максимальные значения Кисп для российских регионов характерны для Оренбургской (14 % - умеренная нагрузка) и Челябинской областей (6,3 %). Из казахстанских регионов умеренная антропогенная нагрузка на водные ресурсы отмечена для Павлодарской (10,7 %) и Актюбинской областей (9,8 %), в пределах которых сформированы крупные промышленные центры металлургии и энергетики.
Рис. 3. Водные ресурсы регионов трансграничных бассейнов рек Урал и Иртыш: 1- удельная природная водообеспеченность, тыс. м3/км2;
2 - суммарный сток, км3/год, соотношение долей местного (синий сектор) и транзитного (оранжевый сектор) стока.
Fig 3. Water resources of the regions of transboundary basins Ural River and Irtysh River: 1 - specific natural water availability, thousand m3/km2; 2 - total runoff, km3/year, ratio of shares of local (blue sector) and transit (orange sector) runoff.
На основе сопоставительного анализа Кисп и индекса Фалкенмарка сделаны выводы о региональных особенностях состояния водных ресурсов. В частности, несмотря на достаточно низкий или умеренный уровень нагрузки на водные ресурсы в трансграничных бассейнах рек Урал и Иртыш, в отдельных регионах наблюдается сложная водохозяйственная обстановка, например, в Оренбургской, Челябинской и Актюбинской областях (бассейн р. Урал), Кос-танайской и Северо-Казахстанской областях (бассейн р. Иртыш). Для данных регионов характерна умеренная нагрузка на водные ресурсы (Кисп= 5-15 %) и низкие показатели удельной водообеспеченности (1700-4700 м3/год/чел.).
Вместе с тем, с учетом того что в настоящее время формирование водных ресурсов происходит в условиях нестационарного климата, использование сред-немноголетних значений для оценки состояния водных ресурсов не всегда вер-
но отражает современную ситуацию. В связи с этим, целесообразно проводить оценку водообеспеченности в регионах с учетом реальных водных ресурсов [6]. На основе данного подхода для российских регионов трансграничных бассейнов рек Урал и Иртыш рассчитана реальная обеспеченность водными ресурсами с учетом среднемноголетних величин трехлетнего маловодного периода 2009-2011 гг. и объемов безвозвратного водопотребления. Результаты оценки иллюстрируют значительное отличие в показателях реальной и удельной водообеспеченности (уровень 2017 г.), и, в первую очередь, в регионах со значительными колебаниями речного стока - например, в Челябинской (1,21 и 2,63 тыс. м3/чел.) и Курганской областях (1,98 и 8,24 тыс. м3/чел.) соответственно.
Проведенная оценка современного состояния водных ресурсов трансграничных регионов степной зоны подтверждает, что значительное влияние на показатели водообеспеченности оказывает величина антропогенной нагрузки и региональная специфика структуры водопотребления (табл. 3).
Таблица 3. Структура водопотребления в современный период в регионах трансграничных бассейнов рек Урал и Иртыш (""вп - объем валового водопотребления; ""об - объем оборотного водопотребления; ""св - объем использованной свежей воды; П - производство; К - коммунальное хозяйство; С/Х - сельское хозяйство)6, 7 Table 3. The structure of water consumption at the present level in the régions of transboundary basins of the Ural River and Irtysh River ("вп - volume of total water consumption; "об - volume of circulating water consumption; "св - volume of fresh water; П - production; К - public utilities; С/X - agriculture)
Регион ""вп, млн м3 "об, % ""св, млн м3 В т. ч. на нужды, %
П К С/Х
Российская Федерация
Башкортостан 5849 87 750 51 25 0.5
Оренбургская обл. 2710 64 979 88 8 0.9
Челябинская обл. 7359 92 567 54 38 0.2
Курганская обл. 333 85 51 47 45 0.9
Омская обл. 1456 87 185 42 51 3.2
Новосибирская обл. 1414 60 564 64 27 1.6
Алтайский край 1178 69 364 60 20 8.8
Республика ^ Казахстан
Западно-Казахстанская обл. 627 1 623 12 21 18
Актюбинская обл. 749 4 717 13 35 13
Атырауская обл. 419 47 222 41 10 31
Костанайская обл. 362 78 78 35 47 18
Северо-Казахстанская обл. 353 47 187 88 9 4
Павлодарская обл. 7124 55 3191 66 1 33
Восточно-Казахстанская обл. 970 40 582 34 10 56
6 Водные ресурсы и водное хозяйство России в 2017 году: стат. сборник / под ред. Н.Г. Рыбаль-ского, В.А. Омельяненко, А.Д. Думнова. М.: НИА-Природа, 2018. 230 с.
7 Охрана окружающей среды и устойчивое развитие Казахстана в 2013-2017 гг.: стат. сборник / под ред.Н.С. Айдапкелова. Астана, 2018. 123 с.
Согласно данным табл. 3, в пределах субъектов Российской Федерации основная доля водных ресурсов расходуется на производственные и коммунальные нужды, минимальная - на нужды сельского хозяйства. Следует обратить внимание на значительную долю оборотной воды в российских регионах (60-90 %), что иллюстрирует эффективное использование водных ресурсов в различных секторах экономики. Для большинства регионов Республики Казахстан характерно преобладание забора воды на производственные и коммунальные нужды (Павлодарская, Северо-Казахстанская, Костанайская, Актюбинская области). Отдельные регионы отличаются традиционно высокой долей сельскохозяйственного водопотребления, в т. ч. регулярного и лиманного орошения (Восточно-Казахстанская, Атырауская области).
Например, использование речного стока весеннего половодья для лиманного орошения является традиционным методом получения устойчивых урожаев для большинства казахстанских регионов трансграничных бассейнов Урала и Иртыша. В XX в. в пределах бассейна р. Урал активно проводились гидромелиоративные работы, направленные на улучшение условий увлажнения на локальных участках. Большая часть земель лиманного орошения расположена в поймах рек Илек, Орь и их притоков, вдоль основных осей расселения (рис. 4).
Рис. 4. Расположение участков лиманного орошения в бассейне р. Урал: а - схема расположения; б - характерное состояние в весенний период (бассейн р. Орь, Актюбинская обл., снимок из Google Earth).
Fig 4. Location of firth irrigation sites in the Ural River basin a - plot layout; b - characteristic condition in the spring period (the Or River basin, Aktobe region, the image from Google Earth).
В настоящее время развитие регулярного и лиманного орошения в Казахстане относится к числу важнейших государственных задач достижения устойчивого развития регионов и продовольственной безопасности. В пределах исследуемых бассейнов лишь несколько регионов иллюстрируют устойчивый рост забора воды на нужды орошения: по сравнению с 2005 г. на 39 % выросли объемы забора воды в Костанайской и на 42 % в Павлодарской областях. В остальных регионах отмечается сокращение использования воды на
орошение. Начиная с 2005 г., максимально сократился забор воды в Западно-Казахстанской и Актюбинской областях - в 14 раз и 6 раз соответственно. Однако в последние годы и в этих регионах отмечается стабилизация или даже незначительный рост использования воды на нужды орошения. Для данных регионов приоритетным направлением является развитие животноводства мясного направления, что соответствует местным агроклиматическим ресурсам. Отметим, что, несмотря на увеличение посевных площадей кормовых культур (в Актюбинской области с 144 тыс. га в 2015 г. до 279 тыс. га в 2019 г.), закономерного увеличения забора воды на нужды орошения не произошло, что обусловлено выращиванием сеяного травостоя в богарных условиях.
В настоящее время существенное влияние на стабилизацию объемов забора воды для орошаемого земледелия оказывает широкое внедрение водосбере-гающих технологий - в частности, методов дождевания и капельного орошения. Дождевание, как один из наиболее эффективных способов полива, активно внедряется в казахстанских регионах трансграничных бассейнов степной зоны. Максимальное увеличение площади орошаемых земель с применением дождевания отмечается в Павлодарской (с 41,2 тыс. га в 2016 г. до 76,3 тыс. га в 2020 г. или на 47 %), Западно-Казахстанской (с 1,8 до 2,6 тыс. га или на 31 %) и Восточно-Казахстанской (с 7,8 до 9,2 тыс. га или на 17 %) областях. В Аты-рауской области широко внедряется метод капельного орошения, применение которого целесообразно для территорий с недостаточным увлажнением: за последние годы площадь земель, обрабатываемых данным методом, увеличилась с 1,9 до 3,0 тыс. га (37 %). Однако, несмотря на внедрение водосберегающих способов полива, большинство регионов исследуемых бассейнов по-прежнему не выполняют оросительных норм сельскохозяйственных культур.
На основании вышесказанного, с учетом пространственно-временной неоднородности речного стока и региональной специфики структуры водопо-требления, очевидно, что для успешного решения задач гарантированного во-дообеспечения регионов степной зоны ключевое значение имеет эффективное использование водных ресурсов во всех секторах экономики (табл. 4).
Обобщающим показателем эффективности использования водных ресурсов является удельный расход воды на 1 руб. валового регионального продукта (ВРП), на основе расчета которого проводится интегральная оценка. В региональном разрезе достаточно низкие показатели водоемкости (для расчета использованы показатели удельного суммарного расхода воды) характерны для Курганской (0,30 м3/тыс. руб.) и Омской областей (0,36 м3/тыс. руб.) в пределах российского участка трансграничного бассейна р. Иртыш. Из казахстанских регионов необходимо отметить Атыраускую (0,28 м3/тыс. руб.), Северо-Казахстанскую (0,34 м3/тыс. руб.) и Костанайскую (0,35 м3/тыс. руб.) области. Низкие показатели водоемкости ВРП данных регионов обусловлены, в первую очередь, преобладанием в промышленном секторе менее водоемких отраслей - нефтепереработки, химической промышленности и машиностроения. Максимальные величины водоемкости региональной экономики отмечаются в Оренбургской области - 1,70 м3/тыс. руб. и в Павлодарской области -
10,12 м3/тыс. руб., для которых характерно развитие предприятий энергетического, металлургического и нефтехимического комплексов [16].
Таблица 4. Показатели эффективного использования водных ресурсов в трансграничных бассейнах рек Урал и Иртыш Table 4. Indicators of effective use of water resources in transboundary basins of the Ural River and the Irtysh River
Водоемкость Водоемкость Забор воды Коэффициент
Регион ВРП, растениеводства, с/х на 1 чел., водооборота,
м3/тыс. руб. м3/тыс. руб. м3/чел. Коб %
Российская Федерация
Башкортостан 0,59 0,06 1,3 92,8
Оренбургская обл. 1,70 0,17 5,9 66,2
Челябинская обл. 0,50 0,04 2,1 93,8
Курганская обл. 0,30 0,03 6,9 92,4
Омская обл. 0,36 1,78 2,4 94,8
Новосибирская обл. 0,57 - 1,9 69,2
Алтайский край 0,84 0,98 1,4 79,8
Республика Казахстан
Атырауская обл. 0,28 9,92 114,4 72,1
Западно-Казахстанская обл. 1,14 1,71 26,3 30,8
Актюбинская обл. 1,01 1,05 21,0 93,7
Костанайская обл. 0,35 0,30 17,1 93,7
Северо-Казахстанская обл. 0,34 0,03 9,0 50,6
Павлодарская обл. 10,12 13,91 1335,4 65,7
Восточно-Казахстанская обл. 1,34 4,51 236,3 70,9
Оценку эффективности использования водных ресурсов целесообразно также проводить в разрезе крупных отраслевых водопотребителей [17]. В частности, расчет потребления воды на производство сельскохозяйственной продукции (растениеводство) свидетельствует о высоких показателях водоем-кости данной отрасли в отдельных регионах Республики Казахстан с традиционно высокой долей орошаемого земледелия (Павлодарская, Атырауская, Восточно-Казахстанская и Западно-Казахстанская области) и Омской области в Российской Федерации. Высокие значения водоемкости растениеводства, в т. ч. и в данных регионах, могут быть обусловлены общим снижением плодородия орошаемых земель и ухудшением мелиоративного состояния почв [17].
Необходимо отметить, что за последние 30 лет в большинстве регионов трансграничных рек российско-казахстанского трансграничного сектора произошли заметные изменения в показателях экономии воды, в частности, в увеличении доли оборотного и повторно-последовательного водопотребления в валовом водопотреблении на производственные нужды. Наиболее значительный рост показателей экономии воды отмечен для водного сектора крупных промышленных регионов Республики Казахстан (бассейн р. Иртыш): от 13 % в Восточно-Казахстанской области до 26 и 28 % в Северо-Казахстанской и Коста-
найской областях соответственно. В пределах российских регионов рост менее значительный: от 3 % в Новосибирской области до 12 % в Омской и 14 % в Оренбургской областях, что объясняется достижением практически максимальной доли оборотной воды в общей структуре использования водных ресурсов.
Вместе с тем, несмотря на существенный рост показателей экономии воды за последние десятилетия, в исследуемых регионах трансграничных бассейнов сохраняется значительная дифференциация по коэффициенту водооборота (Коб). Наиболее низкие значения данного показателя отмечаются в аграрных и аграрно-индустриальных регионах Казахстана - в Западно-Казахстанской и Северо-Казахстанской областях 30,8 % и 50,6 % соответственно. Максимальные значения Коб (> 90 %) зафиксированы в индустриально развитых регионах (обрабатывающая и металлургическая промышленность) - Омская и Челябинская области Российской Федерации; Актюбинская и Костанайская области Республики Казахстан.
ВЫВОДЫ
С учетом современных тенденций изменения водного режима трансграничных рек степной зоны, обусловленных климатическими флуктуациями и региональными особенности использования водных ресурсов, одной из приоритетных задач является обеспечение экономически выгодного и экологически безопасного водопользования для регионов Российской Федерации и Республики Казахстан. Успешное решение данной задачи осложняется комплексом проблем - наличием множественных частных водохозяйственных задач, осложненных фактором межгосударственного взаимодействия; отсутствием четких методик гидролого-водохозяйственного обоснования с учетом трансграничного деления речного стока; ассиметричным распределением водных ресурсов и противоречивыми интересами субъектов водопользования; сложностью реализации основных положений бассейнового подхода и другими вопросами.
Кроме того, полученные результаты данного исследования свидетельствуют о значительном влиянии социально-экономических преобразований на современное состояние водных ресурсов и их использование в регионах трансграничных бассейнов Урала и Иртыша. Ключевой водохозяйственной проблемой в исследуемых регионах по-прежнему остается гарантированное обеспечение населения и экономики пресной водой в условиях крайне неравномерного пространственно-временного распределения поверхностного стока. Таким образом, комплексное использование водных ресурсов трансграничных рек Урал и Иртыш должно базироваться на основе мероприятий по повышению эффективности водопользования во всех секторах экономики с учетом современных тенденций изменения климата и водного режима рек.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Arnell N., Gosling S. The impacts of climate change on river flow regimes at global scale // Journal of Hydrology. 2013. Vol. 486. P. 351-364.DOI:10.1007/s10584-014-1084-5
2. Schneider C., Laize C.L.R., Acreman C., Florke M. How will climate change modify river flow regimes in Europe? // Hydrology and Earth System Sciences. 2013. Vol. 17. No. 1. P. 325-339. DOI:10.5194/hess-17-325-2013.
3. Данилов-Данильян В.И., Пряжинская В.Г. Сценарии устойчивого регионального водопользования в условиях изменения климата // Проблемы прогнозирования. 2007. № 2. С. 62-76.
4. Фролова Н.Л., Ивановская В.В. Особенности водопользования в условиях дефицита водных ресурсов (на примере р. Ишим) // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 2. С. DOI: 10.35567/1999-4508-2015-2-14-19.
5. Falkenmark M., Lundqvist J., Widstrand C. Macro-scale Water Scarcity Requires Micro-scale Approches: Aspects of Vulnerability Semi-arid Development // Natural Resources Forum. 1989. Vol. 13. No. 4. P. 258-267. D0I:10.1111/j.1477-8947.1989.tb00348.
6. Водные ресурсы России и их использование / под ред. проф. И.А. Шикломанова. СПб.: Государственный гидрологический институт, 2008. 600 с.
7. Цыценко К.В., Владимирова Т.И. Водные ресурсы бассейна р.Урал и их изменения // Гидрометеорология и экология. 2011. № 1. С. 75-82.
8. Куржыкаев Ж., Баринова Г.К., Асылбекова А.С. Состояние гидрологического и гидрохимического режима р.Тобол // CHRONOS. 2020. № 10 (49). С. 8-12.
9. Sivokhip Z.T., Pavleichik V.M. Regional characteristics of water use in conditions of water scarcity in steppe transboundary river basins (the Ural River basin as a case study) // IOP Conferences Series: Earth and Environmental Science. 2021. No. 834. P. 012060. DOI:10.1088/1755-1315/834/1/012060.
10. Demin A.P. Present-day changes in water consumption in the Caspian Sea basin // Water Resources. 2007. Vol. 34. No. 3. Р. 237-253. DOI:10.1134/S0097807807030013.
11. Дюсебаева З.С. Многолетнее изменение водного стока р. Черный Иртыш и условий его формирования (Республика Казахстан) // Вестник науки Сибири. 2012. №3 (4). С. 4-9.
12. Sivokhip Z.T., Pavleichik V.M., Chibilev A.A. Changes in river runoff during winter low water periods in the basin of the Ural River // Doklady Earth Sciences. 2021. Vol. 499. Part 2. P. 203-208. DOI:10.1134/S1028334X2108016X
13. Dzhamalov R.G., Telegina E.A., Frolova N.L. Winter runoff variations in European Russia // Water Resources. 2015. Vol. 42. No. 6. Р. 758-765. DOI:10.1134/50097807815060032.
14. Бейсембаева М.А., Дубровская Л.И., Земцов В.А. Минимальный сток Иртыша в равнинной части бассейна на территории Республики Казахстан в условиях антропогенной нагрузки // Известия Томского политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. № 4. С. 35-43.
15. Тюменев С.Д. Водные ресурсы и водообеспеченность территории Казахстан. Алматы: КазНТУ. 2008. 267 с.
16. Рыбкина И.Д., Сивохип Ж.Т. Водные ресурсы Российско-Казахстанского трансграничного региона и их использование // Юг России: экология, развитие. 2019. № 2. С. 70-86. DOI: 10.18470/1992-1098-2019-2-70-86.
17. Demin A.P. The efficiency of water resources management in Volga basin // Water Resources. 2005. Vol. 32 (6). P. 594-604.
REFERENCES
1. Arnell N., Gosling S. The impacts of climate change on river flow regimes at global scale. Journal of Hydrology. 2013. Vol. 486. Pp. 351-364. doi:10.1007/s10584-014-1084-5.
2. Schneider C., Laize C.L.R., Acreman C., Florke M. How will climate change modify river flow regimes in Europe? Hydrology and Earth System Scyences. 2013. Vol. 17. No 1. Pp. 325-339. doi:10.5194/hess-17-325-2013.
3. Danilov-Danil'yan V.I., Pryazhinskaya V.G. Scenarios for sustainable regional water use under climate change. Problemyprognozirovaniya [Problems of forecasting], 2007, No. 2, p. 62-76 (in Russ.).
4. Frolova N.L., Ivanovskaya V.V. Peculiarities of water use in conditions of water resources deficit (the Ishim River as a study case). Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management, 2015, No. 2, pp. 4-19 (in Russ.).
5. Falkenmark M., Lundqvist J., Widstrand C. Macro-scale Water Scarcity Requires Micro-scale Approches: Aspects of Vulnerability Semi-arid Development. Natural Resources Forum, 1989, vol. 13, No. 4, p. 258-267, doi:10.1111/j.1477-8947.1989.tb00348.
6. Water resources of Russia and their use. Ed. I.A. Shiklomanov. SPb.: Gos. gidrol. inst. 2008. 600 p.
7. Tsytsenko K.V., Vladimirova T.I. Water resources of the Ural River basin and their changes. Gid-rometeorologiya i ekologiya [Hydro/meteorology and ecology], 2011, No. 1, p. 75-82 (in Russ.).
8. Kurzhykayev ZH., Barinova G.K., Asylbekova A.S. The state of the hydrological and hydrochemi-cal regime of the Tobol River. CHRONOS, 2020, No. 10 (49), p. 8-12.
9. Sivokhip Z.T., Pavleychik V.M. Regional characteristics of water use in conditions of water scarcity in steppe transboundary river basins (the Ural River basin as a study case). IOP Conferences Series: Earth and Environmental Science, 2021, No. 834, p. 012060, doi:10.1088/1755-1315/834/1/012060.
10. Demin A.P. Present-day changes in water consumption in the Caspian Sea basin. Water Resources, 2007, vol. 34, No. 3, p. 237-253. DOI: 10.1134/S0097807807030013 (in Russ.).
11. Dyusebayeva Z.S. Long-term change in the water runoff of the Cherniy Irtysh River and conditions of its formation (Republic of Kazakhstan)]. Vestnik nauki Sibiri [Bulletin of Siberian science], 2012, No. 3 (4), p. 4-9 (in Russ.).
12. Sivokhip Z.T., Pavleychik V.M., Chibilev A.A. Changes in river runoff during winter low water periods in the basin of the Ural River. Doklady Earth Sciences, 2021, vol. 499, part 2, p. 203-208. doi:10.1134/S1028334X2108016X.
13. Dzhamalov R.G., Telegina E.A., Frolova N.L. Winter runoff variations in European Russia. Water Resources, 2015, vol. 42, № 6, p.758-765, doi:10.1134/50097807815060032.
14. Beysembayeva M.A., Dubrovskaya L.I., Zemtsov V.A. The minimal runoff of the Irtysh River in the flat part of the basin on the territory of the Republic of Kazakhstan under anthropogenic load. Izv. Tomskogo politekh. un-ta. Inzhiniring georesursov [Proceedings of the Tomsk Poly/technical University. Geo/resources engineering], 2016, vol. 327, No. 4, p. 35-43 (in Russ.).
15. Tyumenev S.D. Water resources and water supply of the territory of Kazakhstan. Almaty: KazNTU, 2008, 267 p. (in Russ.).
16. Rybkina I.D., Sivokhip Zh.T. Water resources of the Russian-Kazakhstan transboundary region and their use. Yug Rossii: ekologiya, razvitiye [The Southern part of Russia: ecology and development], 2019, No. 2, p.70-86. doi:10.18470/1992-1098-2019-2-70-86 (in Russ.).
17. Demin A.P. The efficiency of water resources management in the Volga River basin. Water Resources, 2005, vol. 32 (6), p. 594-604 (in Russ.).
Сведения об авторах:
Сивохип Жанна Тарасовна, канд. геогр. наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11; ORCID: 0000-0001-5704-0554; е-mail: sivohip@mail.ru
Павлейчик Владимир Михайлович, канд. геогр. наук, ведущий научный сотрудник, Институт степи Уральского отделения Российской академии наук, Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11; ORCID: 0000-0002-2846-0442; е-mail: orensteppe@mail.ru About the authors:
Zhanna T. Sivokhip, Candidate of Geographic Sciences, Associate Professor, Leading Researcher, Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IS UB RAS), ul. Pionerskaya, 11, Orenburg, 460000, Russia; ORCID: 0000-0001-5704-0554; sivohip@mail.ru.
Vladimir M. Pavleychik, Candidate of Geographic Sciences, Leading Researcher, Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IS UB RAS), ul. Pionerskaya, 11, Orenburg, 460000, Russia; ORCID: 0000-0002-2846-0442;
