CC BY
17НАУЧНЫЕ СТАТЬИ Гидрометеорология и экология
№1 2010
УДК 556.535.6
СТОК ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ БАССЕЙНА РЕКИ ИЛЕК
А.О. Домран
Рассмотрен режим стока взвешенных наносов, определены его статистические характеристики для р. Илек и ее основных притоков. Определены расходы взвешенных наносов в различные по водности годы.
Река Илек является основной водной артерией Актюбинской области. Ее длина 623 км, площадь водосбора 41300 км2. Река имеет общее направление течения до г. Актобе с юга на север, а затем на северо-запад и впадает в р. Урал слева на 1085-м км от ее устья, на территории Российской Федерации.
Несмотря на то, что данные о стоке наносов имеют большое научное и практическое значение, эта гидрологическая характеристика остается одной из самых слабоизученных. Это обусловлено большими техническими трудностями измерений, несовершенством приборов и методов.
В различные периоды на территории бассейна действовало двенадцать пунктов наблюдений за твердым стоком (табл. 1). Наблюдения за твердым стоком прекратились в 1996 г.
Таблица 1
Сведения о пунктах наблюдений за твердым стоком
Река - пункт
Площадь
водосбора,
км2
Период наблюдений
период
количество лет
р. Илек - г. Актобе 11000
р. Илек - п. Веселый 17200
р. Илек - п. Мертвецовка 20100
р. Илек - с. Чилик 37300
р. Карагала - с. Каргалинское 5000
р. Куагаш - с. Кызылжол 315
р. Кокпекты - с. Троицкое 506
р. Косистек - с. Косистек 281
р. Актасты - п. Белогорский 45
р. Большая Хобда - „,,п
тт 8110 с. Новоалексеевка
р. Сарыхобда - п. Бессарабский 675
р. Терсаккан - п. Астраханский 446
1942, 1946... 1996 1963, 1968.1975 1935 1951.1954, 1956.1996 1969.1975 1964.1966 1982.1991
1964 1977.1996
1965.1995
1960.1995 1960.1995
53
9 1
45
7 3
10 1
20
31
36 36
124
Однако объем данных по стоку наносов недостаточен для надежного определения его характеристик и, кроме того, сток наносов реки Илек в створах с наиболее длительными рядами, таких как, у г. Актобе и с. Чилик, искажен влиянием Актюбинского и Карагалинского водохранилищ. Последние сведения о стоке наносов рассматриваемого района приведены в «Ресурсах поверхностных вод...» [2, 3]. В данной работе обобщены данные по стоку наносов в бассейне р. Илек за весь период наблюдений.
Под влиянием различных факторов сток взвешенных наносов испытывает многолетние, годовые и сезонные колебания. Многолетние колебания, прежде всего, связаны с достаточно длительными изменениями климата, изменениями в режиме общей атмосферной циркуляции, а также с интенсивностью процессов денудации в бассейне [5]. Они были исследованы с применением методов разностных интегральных кривых, скользящего осреднения и линейного тренда. С помощью совмещенных разностных интегральных кривых модульных коэффициентов среднегодовых расходов воды и значений годового стока взвешенных наносов были выявлены периоды, когда значения соответствующих величин выше или ниже нормы, а также периоды синхронности и асинхронности их колебаний (рис. 1).
ЦЫУО, 5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
Г- Г- г- о
гя гя ^ ^ 1л 1л у: СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ СЛ о
Год
Рис. 1. Совмещенные разностные интегральные кривые модульных коэффициентов р. Илек - с. Чилик за период с 1932 по 1996 гг.
1 - сток взвешенных наносов; 2 - сток воды.
Анализ указанных разностных интегральных кривых показал, что колебания твердого и жидкого стока на р. Илек синхронны. Для многолетнего хода стока р. Илек характерным является чередование маловодных и многоводных лет.
125
Рассмотрим колебания твердого стока. Коэффициент вариации расходов наносов составляет от 0,79 до 1,78, что превосходит С годового стока примерно в два раза (табл. 2). Таким образом, при соответствии колебаний этих характеристик, амплитуда изменений твердого стока всегда значительно больше, чем жидкого.
Таблица 2
Сопоставление характеристик изменчивости жидкого и твердого стока по исследуемым пунктам
Река - пункт
Период наблюдений, включая годы с восстановленным стоком наносов Коэффициент вариации (С) Соотношение С твердого и
сток воды твердый сток
1932. .1996 0,72 1,35 1,88
1932. .1996 0,80 1,22 1,53
1977. .1996 0,53 0,79 1,49
1961. .1996 0,70 1,50 2,14
1961. .1995 0,84 1,78 2,12
1960. .1995 0,57 1,27 2,23
ак
от с
о
р. Илек - г. Актобе
р. Илек - с. Чилик
руч. Актасты - п. Белогорский
р. Большая Хобда -
с. Новоалексеевка
р. Сарыхобда - п. Бессарабский
р. Терсаккан - п. Астраханский
Общая направленность процесса была проанализирована с использованием скользящего десятилетнего осреднения среднегодовых расходов взвешенных наносов. Тенденция изменения стока взвешенных наносов на реках бассейна неоднозначна. Для р. Илек и р. Терсаккан тренд является отрицательным, тогда как для остальных рассматриваемых створов положительным, в то время как для жидкого стока всего бассейна характерно уменьшение. Это обусловлено более сложным характером формирования твердого стока, так как, помимо гидрометеорологических условий, на него оказывают влияние другие факторы, например, различная длительность периодов, необходимых для дезинтеграции пород и накопления рыхлообломоч-ного материала в конкретном бассейне [1, 5].
Годовые колебания определяются гидрометеорологическими условиями конкретного года (величиной атмосферных осадков, жидкого стока, температурой воздуха и пр.). Внутригодовые колебания стока взвешенных наносов и мутности воды определяются, прежде всего, водным режимом рек, условиями русловой эрозии, которые в свою очередь зависят от комплекса природных факторов (количества и интенсивности выпадения атмосферных осадков, рельефа местности, растительности, литологии почвогрунтов и т.д.).
Расход взвешенных наносов и мутность воды внутри года сильно изменяются. Обычно мутность воды и расход взвешенных наносов увеличива-126
ются с увеличением расхода воды. С целью проследить указанную зависимость, были построены графики совмещенного хронологического хода среднемесячных расходов воды, расходов взвешенных наносов и мутности воды (рис. 2).
Q, м3/с; р, г/м3
И, кг/с
Месяц
Рис. 2. Совмещенный хронологический ход среднемесячных величин 1 - расхода воды (м3/с); 2 - расхода взвешенных наносов (кг/с);
3 - мутности воды (г/м3) р. Большая Хобда - с. Новоалексеевка.
При применении данных о стоке наносов, мутности воды, поверхностном смыве для различных целей необходимы, прежде всего, их многолетние характеристики. В 1966 и 1970 гг. опубликованы «Ресурсы поверхностных вод» [2, 3], в которых приведены сведения о среднем многолетнем стоке наносов территории бассейна р. Илек по данным, включая 1966.1967 гг. С этого времени региональных исследований до последних лет не производилось. В данной работе использованы ряды наблюдений по 1996 г. включительно. Норма стока определена для шести створов, для других - ряды наблюдений за твердым стоком не превышают семи лет или качество данных не позволяет восстановить сток.
В связи с ограниченным количеством данных и влиянием крупных водохранилищ, в ходе выполнения данной работы необходимо было произвести восстановление естественного стока взвешенных наносов.
Для анализа влияния водохранилищ на сток ряды наблюдений были проверены на однородность с использованием интегральных кривых, которые показали, что ряды наблюдений на р. Илек не являются однородными. В связи с введением в эксплуатацию Карагалинского водохранилища с 1975 г. происходит значительное уменьшение стока взвешенных наносов. Таким образом, появляется необходимость восстановления величин
127
естественных расходов взвешенных наносов. По притокам р. Илек ряды наблюдений являются однородными.
При восстановлении условно естественного стока, пропусков в рядах наблюдений и для продления рядов наблюдений были опробованы следующие способы:
1) построение графиков связи среднегодовых расходов наносов и среднегодовых расходов воды по одному и тому же гидропосту;
2) построение графиков связи десятичных логарифмов среднегодовых расходов взвешенных наносов (за те годы, когда эти данные надежны) и параметра, являющегося десятичным логарифмом произведения максимальных и средних годовых расходов воды, умноженного на 10-6. Метод предложен английским ученым Нельсоном Леонардом [6].
Для всех рассматриваемых створов были опробованы оба способа. Теснота связей, построенных с помощью первого способа, оценивается коэффициентом корреляции от 0,73 до 0,90, второго - от 0,87 до 0,95. Следовательно, способ, предложенный Нельсоном Леонардом, оказался более эффективным и был использован при восстановлении условно естественного стока взвешенных наносов.
Один из важнейших показателей качества воды - мутность [4]. В «Санитарных правилах и нормах «Питьевая вода». Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения» [4] для мутности воды устанавливается норматив 1,5 мг/дм3. Поэтому знание мутности воды необходимо при проектировании питьевого и промышленного водоснабжения. При производстве работ на водном объекте и в прибрежной зоне, при сбросе сточных вод содержание взвешенных веществ (по мутности воды) в контрольном створе не должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/дм3 по сравнению с мутностью воды в естественных условиях - при использовании водотока для хозяйственно-питьевых нужд населения и рыбного хозяйства, и на 0,75 мг/дм3 - для коммунально-бытовых нужд [4].
Для определения мутности воды взяли формулу
р = Я ■ 103, (1) 0
где р - мутность воды, г/м3; Я - сток взвешенных наносов, кг/с; 0 - расход воды, м3/с.
128
В результате исследований выявлено, что наибольшая мутность воды характерна для р. Илек - с. Чилик, наименьшая - для р. Терсаккан -п. Астраханский (табл. 3).
Таблица 3
Средние за многолетний период расходы взвешенных наносов, расходы
воды и мутность воды
Река - пункт
Период наблюдений, включая годы с восстановленным стоком наносов
Средние многолетние характеристики
в, м3/с
Я, кг/с
г/м3
р. Илек - г. Актобе 1932... 1996
р. Илек - с. Чилик 1932.1996
руч. Актасты - п. Белогорский 1977.1996
р. Хобда - с. Новоалексеевка 1961.1996
р. Сарыхобда - п. Бессарабский 1961.1995 р. Терсаккан - п. Астраханский 1960. 1995
17,7 7,71 297
41,0 29,0 498
0,22 0,035 118
5,48 0,90 127
0,58 0,062 105
0,41 0,064 47,4
С учетом восстановления пропусков в рядах наблюдений за стоком взвешенных наносов и определения мутности воды их продолжительность в бассейне р. Илек составила более 50 лет - только в двух пунктах (р. Илек -г. Актобе и р. Илек - с. Чилик), от 20 до 36 лет - в остальных четырех пунктах.
За принятый расчетный период методом моментов вычислены средние многолетние характеристики стока (табл. 3). Ошибки вычисления нормы стока взвешенных наносов составили от 10,9 % (р. Илек - г. Актобе) до 3,53 % (руч. Актасты - п. Белогорский). Кроме того, с помощью кривых обеспеченности рассчитаны расходы взвешенных наносов в различные по водности годы (табл. 4).
Таблица 4
Расходы взвешенных наносов (Я) в различные по водности годы, кг/с
Река - пункт Средний Я, кг/с Расходы взвешенных наносов различной обеспеченности
10 % 50 % 75 % 95 %
р. Илек - г. Актобе 7,71 20,5 3,96 0,84 0,00
р. Илек - с. Чилик 29,0 75,1 17,1 3,95 0,00
руч. Актасты - п. Белогорский 0,035 0,072 0,032 0,015 0,00
р. Большая Хобда - с. Новоалек-
сеевка 0,90 2,61 0,45 0,00 0,00
р. Сарыхобда - п. Бессарабский 0,062 0,18 0,017 0,00 0,00
р. Терсаккан - п. Астраханский 0,064 0,17 0,042 0,005 0,00
Таким образом, в результате расчетов выявлено, что норма стока взвешенных наносов в условно-естественный период сократилась по сравнению с периодом 1960.1970-х гг. для р. Илек - г. Актобе с 10,0 кг/с (320 тыс. т в год) до 7,71 кг/с (243 тыс. т). А для р. Илек - с. Чилик с
129
45,5 кг/с (1400 тыс. т в год) до 29,0 кг/с (915 тыс. т). Средняя многолетняя
мутность воды уменьшилась для р. Илек - г. Актобе с 480 г/м3 до 297 г/м3,
а для р. Илек - с. Чилик с 930 г/м3 до 498 г/м3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Виноградова Н.Н., Самойлова А. А. Особенности формирования стока взвешенных наносов горных рек при различном режиме выпадения атмосферных осадков - М: Вестник. Московского Университета, Сер.5, география, 1990. - №3. - С. 68-72.
2. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Нижнее Поволжье и западный Казахстан. Урало-Эмбинский район. -Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - Т. 12, Вып. 2 - 152 с.
3. Ресурсы поверхностных вод СССР. Нижнее Поволжье и Западный Казахстан. Актюбинская область. - Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - Т. 12, Вып. 3 - 515 с.
4. Сан П и Н 2.1.4.559 - 96. «Питьевая вода». Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. - М.: Изд. Стандартов, 1996. - 186 с.
5. Чигринец Л.Ю. Анализ и расчёт стока наносов горных рек Юго-Восточного Казахстана: Автореф. дис. ... канд. Геогр. Наук / КазНУ им. Аль Фараби - Алматы, 2000. - 24 с.
6. Nelson Leonard M.A. Method of estimating annual suspended sediment discharge. «Geol. Surv. Profess. Pap.», 1970. - № 700. - P. 233-236.
РГП «Казгидромет» г. Алматы
ИЛЕК еЗЕНШЩ АЛ^АБЫНЫН, АСЫЛЫП Т¥РГАН ТАСЫНДЫЛАРЫНЬЩ ШЫГЫНУЫ
А.О. Домран
Илек взенщ жэне оныц нег!зг1 саласыларынъщ асылып турган тасындыларыныц mdpmi6i царастырылды, статистикалыц сипаттамасы аныцталды. Асылып турган тасындыларыныц эр тYрлi сулылыц жалдарда шыгынуы аныцт^глды.
130
