СТРАТЕГИЯ УСТОЙЧИВОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН НА ПЕРИОД ДО 2050 ГОДА Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

Гидрология

УДК 556.01+504.4.062.2 (574)

А. Р. Медеу1, И. М. Мальковский2, Л. С. Толеубаева3, А. З. Таиров4, Т. Е. Сорокина4, Е. М. Пузиков5, М. В. Долбешкин5, Р. Д. Поветкин5, Д. У. Абдибеков6, А. Толекова5

1 Академик НАН РК, директор (Институт географии, Алматы, Казахстан) 2К.т.н., д.г.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования, научный руководитель направления «водные ресурсы» (Институт географии, Алматы, Казахстан) 3Д.г.н., руководитель лаборатории водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования (Институт географии, Алматы, Казахстан)

4К.г.н., старший научный сотрудник лаборатории водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования (Институт географии, Алматы, Казахстан) 5Магистр, научный сотрудник лаборатории водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования (Институт географии, Алматы, Казахстан)

6Докторант PhD, научный сотрудник лаборатории водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования (Институт географии, Алматы, Казахстан)

СТРАТЕГИЯ УСТОЙЧИВОГО ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН НА ПЕРИОД ДО 2050 ГОДА

Аннотация. В статье приводятся результаты НИР «Водная безопасность Республики Казахстан -стратегия устойчивого водообеспечения», полученные в период 2015-2017 гг. по подпрограмме «Стратегия устойчивого водообеспечения Республики Казахстан на период до 2050 г.».

На основании общей теории безопасности жизнедеятельности разработана концепция водной безопасности, формулирующая видение решения проблемы дефицита воды в Казахстане и отличающаяся от принятой в международной практике трактовки водной безопасности как характеристики межгосударственных водных отношений. Разработана имитационная модель анализа и прогноза сценариев водообеспечения природно-хозяйственных систем с выявлением дефицитов и избытков воды на расчетные этапы развития как основы выработки мероприятий по их сбалансированию. Разработана инновационная стратегия развития национального водохозяйственного комплекса республики, нацеленная на обоснование принципиальных долговременных решений в ответ на неучтенные в Генсхеме комплексного использования и охраны водных ресурсов климатические и трансграничные водные угрозы РК.

Ключевые слова: национальный водохозяйственный комплекс Республики Казахстан, имитационное моделирование, сценарий, водная безопасность, водообеспеченность, Трансказахстанский канал, переброски речного стока

Введение. Целью исследования явилась разработка научно обоснованных концептуальных основ обеспечения водной безопасности Республики Казахстан; прогнозных сценариев водообеспечения природно-хозяйственных систем с оценкой по критериям водной безопасности; комплекса стратегических мероприятий по увеличению ресурсов поверхностных вод.

Исследования проводились лабораторией водообеспечения природно-хозяйственных систем и математического моделирования и включали следующие задачи:

1. Разработка концепции водной безопасности РК и ретроспективный анализ водообеспе-ченности бассейновых природно-хозяйственных систем и административно-территориальных областей.

2. Разработка прогнозных сценариев водообеспечения бассейновых природно-хозяйственных систем и административно-территориальных областей на расчетные уровни развития.

3. Обоснование стратегических решений по управлению ресурсами поверхностных вод с оценкой по критериям водной безопасности.

Постановка проблемы. В настоящее время все большее число стран разрабатывает и принимает долгосрочные стратегии развития на полвека вперед. 2050 год - реальный срок, на который сегодня ориентируется мировое сообщество [1-8]. Вода - крайне ограниченный ресурс и борьба за обладание водоисточниками становится важнейшим фактором геополитики, являясь одной из причин напряженности и конфликтов на планете [8].

Стратегия водной безопасности формулирует видение решения проблем дефицита воды в Казахстане в условиях антропогенно и климатически обусловленных изменений водных ресурсов, в том числе определяет основные угрозы и вызовы, стратегические направления, цели, задачи и ожидаемые результаты долгосрочной программы устойчивого водообеспечения республики.

Исходными данными для выполнения НИР послужили Генеральная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов Республики Казахстан (2016 г.); монография «Водные ресурсы Казахстана: оценка, прогноз, управление» (в 30 томах, 2012 г.); фондовые материалы, а также отчеты о результатах экспедиционных исследований Института географии.

Обоснование необходимости проведения НИР. Водные ресурсы Казахстана ограничены, неравномерно распределены в пространстве и времени, в значительной мере загрязнены. Почти половину возобновляемых водных ресурсов страны составляет неконтролируемый трансграничный сток. Значительная часть водных ресурсов является неотъемлемым компонентом окружающей природной среды.

Разработка концепции водной безопасности РК и ретроспективный анализ водообес-печенности бассейновых природно-хозяйственных систем и административно-территориальных областей [1-16]

Разработаны концептуальные основы обеспечения водной безопасности Республики Казахстан [11-13]. Под водной безопасностью понимается состояние защищенности жизненно важных интересов общества (здоровья людей, среды обитания, производства) от гидрологических угроз: водообусловленных природных и антропогенных явлений и процессов, а также свойств водных объектов, способных в определенных условиях причинить ущерб обществу (рисунок 1).

ПРИЧИНЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УГРОЗ

Глобальные и региональные изменения климата

Отсутствие долговременных межгосударственных соглашений по трансграничным водным ресурсам

Водозатратныс

технологии, несовершенство средств водорегулирования и водорасл рсдолсн ия

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ УГРОЗЫ

Уменьшение объема стока

Изменение режима стока

Ухудшение качества стока

СЛЕДСТВИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УГРОЗ

Обострение межгосударственных водных отношений

Развитие новых очагов экологической нестабильности

Срыв программ

социально-экономического развития республики

Проблема водной безопасности в условиях ограниченности и уязвимости водных ресурсов рассматривается как компонент национальной безопасности, в том числе общественная, экономическая и экологическая безопасности.

Рисунок 1 - Гидрологические угрозы: причины и следствия

Основными угрозами и вызовами в области водообеспечения являются глобальные и региональные изменения климата, несогласованность межгосударственных водных отношений, использование водозатратных технологий и несовершенство технических средств водорегули-рования и водораспределения. Следствиями реализации водных опасностей могут стать обострение межгосударственных водных противоречий, развитие новых очагов экологической нестабильности, срыв программ социально-экономического развития (рисунки 2-9).

Рисунок 2 - Угрозы изменения климата

Рисунок 3 - Трансграничные водно-ресурсные угрозы

Рисунок 4 - Угроза отбора подземных вод

Рисунок 5 - Угроза сокращения ресурсов речного стока

Определены два пути устранения дефицита пресной воды в республике. Первый путь предусматривает реализацию мероприятий по снижению антропогенной нагрузки на водные ресурсы страны, в том числе по оптимизации экологических затрат воды, уменьшению темпов развития основных водопотребителей и использованию водосберегающих технологий в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве. Второй путь предполагает увеличение располагаемых для использования водных ресурсов за счет многолетнего и сезонного регулирования речного стока, использования запасов подземных пресных вод, опреснения соленых и солоноватых вод, территориального перераспределения водных ресурсов (рисунки 10, 11).

В развитие критериев устойчивости природно-хозяйственных систем разработана система критериев водной безопасности, характеризующих фундаментальные свойства взаимоотношений

Рисунок 6 - Водохозяйственные угрозы

Рисунок 7 - Водно-экологические угрозы

«общество - водная среда». Критерии водообеспеченности трактуются как показатели удовлетворения спроса на водные ресурсы населения, хозяйства и природных объектов без ущерба ресур-совоспроизводящих функций водной системы. Критерий нарушенности речного стока отражает степень антропогенного преобразования речного стока как наиболее утилизируемого природного ресурса, в решающей мере определяющего состояние природно-хозяйственных систем. Критерий гидрологического риска учитывает объективное существование фактора неопределенности при удовлетворении спроса на воду ПХС, обусловленного вероятностной изменчивостью речного стока и неконтролируемой хозяйственной деятельностью. Разработанные критерии являются необходимыми, но недостаточными для принятия решений в задачах управления ресурсами речного стока в природно-хозяйственных системах.

Управление водными ресурсами трактуется как целенаправленное воздействие субъекта управления на объект управления для перевода его в состояние, необходимое для достижения цели. Под субъектом управления водными ресурсами Республики Казахстан понимается система государственных управленческих органов, по соподчиненности разделяемая на уровни: межгосударственный, бассейновый и территориальный. Властные функции субъекта управления реализуются в организационно-распорядительных, экономических и морально-этических рычагах воздействия на объект управления - Национальный водохозяйственный комплекс (НВХК) и его узловое звено - систему водообеспечения (СВО) Республики Казахстан (рисунок 12) [11-13, 16].

Аральское море Озеро Бщткаш

Вследствие сокращения трансграничного стока р. Иле озеро Бал каш может повторить судьбу Арала

Рисунок 8 - Балкаш - угроза повторения Арала

Рисунок 9 - Угроза формирования дефицита воды

Снижение нагрузки на водные ресурсы

X

si

о _

ill III

ffl Ь л

О о

& S ё

в I 1 - -

& Е ч:

О Е э

sc 1 ■

R та

о к

л

1

§

о ш

ПУТИ УСТРАНЕНИЯ ДЕФИЦИТА ВОДЫ

I

1

Увеличение ресурсов пресной воды

У « 1 9 I

о г

5 В

й! Л а

I §

о я

§ 3

и

II

<и СО

я 2

и Ч

<ц о

& о

5 Я О

X

§ | I 8

о

Н

о о

0

1

а> а х

Я

-

а

1

и

V

й и *

1 -

1 I I 8 ■ »

¡11 к | §

w ^ 2 о с о.

о 5

Определены два пути (две группы) мероприятий для устранения дефицита веды в республике: снижение нагрузки на водные ресурсы и увеличение ресурсов пресной воды. Первая группа предусматривает реализацию мероприятий по уменьшению темпов развития основных водопотребителей и использованию современных технологий для сокращения потребления пресной воды в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве. Вторая группа предполагает увеличение располагаемых для использования водных ресурсов за счет регулирования речного стока; использования запасов подземных пресных вод; опреснения соленых и солоноватых вод; территориального перераспределения водных ресурсов.

Рисунок 10 - Пути устранения дефицита воды

Рисунок 11 - Водная безопасность Республики Казахстан - стратегия устойчивого водообеспечения

(система целей)

СУБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

РЫЧАГИ УПРАВЛЕНИЯ

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Государственная система управления водными ресурсами Организационно-распорядительные

и 1-.

Экономические

иг-

Морально-этические

> >

Национальный водохозяйственный комплекс Республики Казахстан

Рисунок 12 - Система управления водными ресурсами: субъект - рычаги - объект

В содержательном аспекте управление водными ресурсами состоит из набора функций -особых конкретных видов управленческой деятельности, к числу которых относятся планирование, организация, стимулирование, контроль. Каждая функция управления осуществляется посредством набора действий - управленческих процедур, состоящих из конкретных элементов -управленческих операций (рисунок 13).

1. Управление водными ресурсами

функции

1.1. Планирование - 1.2. Организация - 1.3, Мотивация 1,4. Контроль

1 процедуры

1.1.1. Прогнозирование 1.1.2. Определение целей к 1.1.3. Разработка стратегии 1.1.4. Формирование плана

1 операции

1.1.1.1. Водно-ресурсный потенциал - 1.1.1.2. Спрос на воду - 1.1.1.3. Водохозяйственная инфраструктура 1.1.1.4. Альтернативные сценарии

Рисунок 13 - Структура системы управления водными ресурсами: функции - процедуры - операции

Стратегическое планирование СВОРК включает следующие основные процедуры:

- прогнозирование - исследование перспектив развития СВО РК с выявлением актуальных для Казахстана водных угроз глобального, регионального и национального уровней;

- определение целей - обоснование целевых индикаторов развития СВО РК на расчетные уровни: политических, социальных, экономических, экологических;

- разработка стратегии - определение основных направлений устранения дефицитов водных ресурсов в Казахстане средствами водосбережения и водообеспечения;

- формирование плана - обоснование программы действий, устанавливающих систему мероприятий и сроки их осуществления.

Разработана концепция системы водообеспечения РК как совокупности водоисточников и водопользователей с объединяющей их водохозяйственной инфраструктурой. Показано, что системам водобеспечения присущи свойства сложных систем: иерархичность структуры с прямыми, обратными и преобразованными связями между компонентами системы; неопределенность и многокритериальность при выборе управляющих воздействий и оценки последствий результатов управления (рисунок 14) [10-13].

Разработаны принципы стратегического планирования СВО. Предложена новая парадигма Стратегии водообеспечения - совмещение «управления ресурсом» с «управлением спросом». С позиций устойчивого развития рекомендовано изменение приоритетов Стратегии водообеспечения в пользу социальных и экологических целей относительно производственных задач. В развитие иерархичности бассейнового принципа управления показана целесообразность стратегического планирования СВО в масштабах крупных бассейнов, тактического и оперативного управления - в малых бассейнах. Информационное обеспечение процесса стратегического планирования должно включать компьютерную базу данных и систему математического моделирования.

Рисунок 14 - Концепция системы водообеспечения

использованием разработанных механизмов решения конфликтов.

Рисунок 15 - Структура системы водообеспечения Республики Казахстан

Предложена пятиуровенная структура системы водообеспечения РК: страновой уровень, водохозяйственно-бассейновый уровень, административно-областной уровень, бассейново-об-ластной уровень, административно-районный уровень (рисунок 15).

Предложены схемы межкомпонентного распределения водных ресурсов СВО по принципам приоритета и компромисса, в которых межотраслевая (горизонтальная) интеграция спроса и лимита на воду реализуется с использованием разработанных механизмов решения конфликтов.

Вертикальная увязка уровней водообеспечения достигается по принципам «снизу - вверх» при формировании заявок и «сверху - вниз» при выдаче лимитов и режимов водоподачи.

Предложенный бассейново-областной подход основан на современной водной парадигме, совмещающей управление спросом на воду, формируемым в рамках административных территориальных структур, с управлением ресурсом, формируемым бассейновыми водохозяйственными структурами. Данный подход реализован выделением в структуре НВХК РК расчетных виртуальных единиц - «бассейново-областных сегментов», представляющих собой совокупность административных районов области, территориально расположенных в одном речном бассейне. Сопоставление ресурса и спроса в сегментах дает пространственно-временную картину (матрицу) распределения дефицитов и избытков водных ресурсов по территории Казахстана при различных сценариях развития системы водообеспечения. При этом межсегментному водораспределению подлежит только социально-производственный потенциал - часть располагаемых водных ресурсов бассейна за вычетом обязательных затрат речного стока, экологических и трансграничных. Суммированием показателей сегментов по строкам и столбцам матрицы находятся соответствующие показатели в разрезе административных областей и водохозяйственных бассейнов. Результаты балансов оцениваются по критериям водной безопасности и служат основанием для оптимизации размещения водоемких производств, а также развития межбассейновых и трансграничных водохозяйственных связей (рисунки 16, 17, таблица 1).

Рисунок 16 - Бассейново-областная структура водохозяйственного комплекса

Дан ретроспективный анализ развития СВО [12, 13]. Суммарные ресурсы речного стока РК (бытовой сток) за период наблюдений 1974-2008 гг. составляют 91,3 км3 (50% обеспеченности), из которых 44,3 км3 поступает из сопредельных государств, 47,0 км3 составляет местный сток. Ресурсы речного стока республики характеризуются значительной межгодовой изменчивостью. Наблюденные максимальные и минимальные значения годового стока соответственно в 3 раза больше и в 2 раза меньше нормы. Речному стоку свойственны также чередование группировок маловодных (по 5-7 лет) и многоводных (по 1-3 года) группировок. В силу климатических особенностей республики до 90 % годового объема стока степных рек проходит в весенний период и до 70% стока горных рек - в летний период. Распределение ресурсов речного стока по территории крайне неравномерно. Наибольшие объемы речного стока формируются в Ертисской и

' Бассейн Эбластьл-.. Арало-Сырдпри-инский Бал каш-Агакопь-ский Ертис-ский Есиль-ский Жайык-Каспйй-ский Нура-Сарысу-ский Тобыл-Торгай-ский Шу-тапас- скнй Общее количество сегментов

1 г 3 4 5 6 7 в (значимые)

1 Акмолинская 3.1 4.1 6.1 7.1 4(1)

2 Актюбинская 5.2 7.2 2(2)

3 Алматинская 2.3 1(1)

4 Атырауская 5.4 1(1)

5 Восточно-Казахстанская 2.5 3.5 2(2)

6 Жамбылская 1.6 2.6 8.6 3(1)

7 Западно-Казахстанская 5.7 1(1)

8 Карагандинская 2.8 3.8 4.8 6.8 7.8 5(2)

9 Кызылординская 1.9 6.9 2(1)

10 Коста на йская 4 10 7.10 2(1)

11 Мангистауская 5.11 1(1)

12 Павлодарская 3.12 4 12 6.12 з(1)

13 СевероКазахстанская 4.13 1(1)

14 ЮжноКазахстанская 1.14 6.14 8.14 3(2)

Общее количество сегментов (значимые) 3(2) 4(3) 4(2) 5(2) 4(4) 5(1) 4(2) 2(2) 31 (18)

Рисунок 17 -Матрица бассейново-областных

сегментов

Таблица 1 - Распределение административных районов по бассейново-областным сегментам

Бассей-новообластной сегмент Административные районы Количество районов

1.9 Аральский, Жалагашский, Жанакорганский, Казалинский, Кармакшинский, Сырдариинский, Шиелийский 7

1.14 Байдибека, Казыгуртский, Мактааральский, Ордабасынский, Отрарский, Сайрамский, Сарыагашскийб, Созакский, Толебийский, Тюлькубасский, Шардаринский 11

2.3 Аксуский, Алакольский, Балкашский, Енбекшиказахский, Ескельдинский, Жамбылский, Илий-ский, Карасайский, Каратальский, Кербулакский, Коксуский, Панфиловский, Райымбекский, Саркандский, Талгарский, Уйгурский 16

2.5 Аягозский, Урджарский 2

2.8 Актогайский 1

3.5 Абайский, Бескарагайский, Бородулихинский, Глубоковский, Жарминский, Зайсанский, Зыряновский, Катон-Карагайский, Кокпектинский, Курчумский, Тарбагатайский, Уланский, Шемонаихинский 13

3.12 Актогайский, Баянаульский, Ертисский, Железинский, Каширский, Лебяжинский, Майский, Павлодарский, Успенский, Шербактинский 10

4.1 Аккольский, Аршалынский, Астраханский, Атбасарский, Буландынский, Бурабайский, Егиндыкольский, Енбекшильдерский, Ерейментауский, Есильский, Жаксынский, Жаркаинский, Зерендинский, Коргалджинский, Сандыктауский, Целиноградский, Шортандинский 17

4.13 Акжарский, Айыртауский, Аккайынский, Есильский, Жамбылский, Магжана Жумабаева, Кызыл-жарский, Мамлютский, Мусрепова, Тайыншинский, Тимирязевский, Уалихановский, Шал акына 13

5.2 Алгинский, Байганинский, Каргалинский, Мартукский, Мугалжарский, Темирский, Уилский, Хобдинский, Хромтауский, Шалкарский 10

5.4 Жилыойский, Индерский, Исатайский, Курмангазинский, Кызылкогинский, Макатский, Махамбетский 7

5.7 Акжаикский, Бокейординский, Бурлинский, Жангалинский, Жанибекский, Зеленовский, Казталовский, Каратобинский, Сырымский, Таскалинский, Теректинский, Шингирлауский 12

5.11 Бейнеуский, Каракиянский, Мангистауский, Мунайлинский, Тупкараганский 5

6.8 Абайский, Бухар-Жирауский, Жанааркинский, Каркаралинский, Нуринский, Осакаровский, Улытауский, Шетский 8

7.2 Айтикебийский, Иргизский 2

7.10 Алтынсаринский, Амангельдинский, Аулиекольский, Денисовский, Жангельдинский, Житикаринский, Камыстинский, Карабалыкский, Карасуский, Костанайский, Мендыкаринский, Наурызумский, Сарыкольский, Тарановский, Узынкольский, Федоровский 16

8.6 Байзакский, Жамбылский, Жуалынский, Кордайский, Меркенский, Мойынкумский, Сарысуский, Таласский, Рыскулова, Шуский 10

8.14 Созакский 1

Балкаш-Алакольской ВХС (до 73-86% общих ресурсов). В Нура-Сарысуской, Есильской и Тобыл-Торгайской ВХС в маловодные годы местный сток практически отсутствует.

Естественный климатический сток республики (восстановленный) равен соответственно 115,1; 60,2 и 54,9 км3/год. За счет хозяйственной деятельности ресурсы речного стока республики уменьшились на 23,8 км3/год (на 21%), в том числе трансграничного стока - на 15,9 км3/год (на 26%), местного стока - на 7,9 км3/год (на 14%). Наибольшее влияние хозяйственной деятельности проявилось в Арало-Сырдариинском водохозяйственном бассейне (снижение на 47%), наименьшее - в Нура-Сарысуском и Ертисском (снижение на 8%).

В процессе круговорота воды в природе поверхностные воды речных бассейнов гидравлически связаны с подземными водами, образуя единый водный потенциал территории.

Общие эксплуатационные запасы подземных вод составляют 15,44 км3/год. По целевому назначению разведанные запасы подземных вод распределяются следующим образом, км3/год: хозяйственно-питьевое водоснабжение (ХПВ) - 5,76; производственно-техническое водоснабжение (ПТВ) - 1,4; орошение земель (ОРЗ) - 8,26; бальнеологические цели (минеральные воды) - 0,014. Вследствие гидравлической связи между поверхностными и подземными водами освоение разведанных подземных месторождений приведет к сокращению ресурсов речного стока на 5,05 км3/год в целом по Казахстану.

Дополнительным ресурсом для использования в ПХС считаются возвратные воды в составе коллекторно-дренажных, сбросных и сточных вод от орошения, промышленности и коммунально-бытового хозяйства. В настоящее время объем возвратных вод по республике составляет около 9 км3/год. При этом ресурсная их часть, т.е. возвращаемая в речные русла, не превышает 2,0 км3/год, остальной сток рассеивается по территории. Возвратные воды являются основным источником загрязнения речного стока и окружающей среды. Проблема их полной утилизации и очистки в настоящее время не решена, в связи с чем большая часть этих ресурсов остается вне сферы использования.

Водозабор на нужды отраслей экономики в Казахстане за рассматриваемую ретроспективу (1990-2015 гг.) снизился с 35,6 до 20,2 км3/год, в том числе в коммунальном хозяйстве - с 1,4 до 0,8 км3/год, промышленности - с 7,1 до 4,5 км3/год, сельском хозяйстве - с 26,6 до 14,6 км3/год.

В целом после 2000 года (особенно в последние 3-4 года) при достаточно заметном росте экономики в стране существенного увеличения объемов водопотребления не наблюдается. Это связано с более рациональным использованием воды в технологическом цикле промышленного производства и орошаемого земледелия.

Крупными водопотребителями водохозяйственного комплекса республики являются внутренние и окраинные водоемы - Каспий, Арал, Балкаш, расположенные в трансграничных водосборных бассейнах. Поддержание заданного водно-солевого режима указанных водоемов в настоящее время обеспечивается притоком воды к устьевым створам рек в объемах в среднем за многолетие по Жайыку - 6,5 км3/год, Сырдарие - 3,1 км3/год, Иле, Караталу и др. - 13,6 км3/год. Русловые потери воды естественной гидрографической сети, рассматриваемые в настоящее время как экологические затраты речного стока, составляют 16,9 км3/год.

К осуществляемым в обязательном порядке, т. е. с высокой степенью гарантии, специальным попускам воды относятся:

- транзитные попуски по трансграничным рекам в сопредельные страны;

- санитарно-экологические попуски, обеспечивающие требования экосистем нижерасположенных частей бассейна.

Водохозяйственный комплекс Казахстана располагает более 270 водохранилищами многолетнего и сезонного регулирования стока с общей полезной емкостью 48,8 км3/год. Суммарное воздействие всех регулирующих емкостей увеличивает годовой сток рек Казахстана в годы средней водности на 2,5 км3 воды, а в маловодные годы - на 10,0 км3. В состав средств национального ВХК по территориальному распределению речного стока входят 340 плотинных гидроузлов и водозаборных сооружений на реках, крупные межбассейновые и внутрибассейновые водопроводящие каналы комплексного назначения общей протяженностью свыше 1000 км, системы групповых водопроводов длиной более 13 тыс. км.

Сформированная в течение многих лет система водообеспечения республики стоимостью более двух миллиардов долларов США требует модернизации в связи с изменениями государственных требований к водным ресурсам, ориентированных на национальные программы развития.

В таблице 2 в качестве примера приведены в матричной форме «бассейн х область» осред-ненные показатели за ретроспективный период (1990-2012 гг.) по суммарному водопотреблению.

На рисунках 18-20 дана ретроспективная оценка национального водохозяйственного комплекса в разрезе сегментов, административных областей и речных бассейнов по критериям водной безопасности в форме таблиц, графиков и двумерной визуализации.

Таблица 2 - Матрица суммарного водопотребления, км3/год (осредненный показатель за период 1990-2012 гг.)

Области Водохозяйственные бассейны Итого

Арало-Сырдари-инский Балкаш-Алаколь-ский Ертис-ский Есиль-ский Жайык-Каспийский Нура-Сарысу-ский Тобыл-Торгай-ский Шу-Таласский

Акмолинская 0,137 0,137

Актюбинская 0,608 0,010 0,618

Алматинская 3,874 3,874

Атырауская 0,465 0,465

Восточно-Казахстанская 0,195 2,205 2,400

Жамбылская 1,543 1,543

Западно-Казахстанская 0,565 0,565

Карагандинская 0,133 1,526 1,660

Кызылординская 1,738 1,738

Костанайская 0,182 0,182

Мангистауская 0,404 0,404

Павлодарская 1,311 1,311

Северо-Казахстанская 0,057 0,057

Южно-Казахстанская 5,979 0,082 6,062

Итого 7,717 4,203 3,516 0,194 2,041 1,526 0,192 1,625 21,013

Ресурс (50%) 15,900 25,600 30,900 1,700 10,500 1,100 1,400 4,100 91,200

Экология 10,56 18,21 6,38 0,37 5,27 0,54 0,52 1,50 43,350

Трансграничные попуски 1,00 2,00 21,88 0,58 0,45 0,06 25,970

Социально-экономический потенциал 4,340 5,390 2,640 0,750 4,780 0,560 0,820 2,600 21,880

Реа/ьнад удельная водообеспеченнос!ь(км3/чел) - 2010 - Без трансграничны* попусков Вариант I

Область \ Бассейн Арало-Сырдарии некий Балкаш-А^акольский Ертисский Есильский Жайык- Каспийский Нура-Сарысуский Тоб ыл-Торгай с кий lily-Таласский Сумма Год

Акмолинская 0 0 0 <№52245 0 0.442686 0 0 0.219353 2010

Актюбинска 0 0 0 0 2.318221 0 0.9720749 0 1.957357 2010

Алыатпнская 0 2.199721 0 0 0 0 0 0 2.84731 2010

Атырауская 0 0 Э 0 2.319941 0 0 0 2.052352 2010

Восточн о- Казаков некая 0 2.198922 12.17696 0 0 0 0 0 3.851484 2010

Жамбылска? 0 О 0 0 0 0 0 2.365113 3.365611 2010

За падно- Казакста некая 0 0 0 0 2.318003 0 0 0 2.060634 2010

Карагандинская 0 2.196088 0 0 0 0.4460998 0 0 2.795442 2010

Кгс^а-айская 0 0 0 0 0 0 0.9411999 0 04575546 2010

Кызылординская ' 743616 0 0 0 0 0 0 0 5.737067 2010

Мангистауская 0 0 0 0 2.31862 0 0 0 2.061132 2010

Павлодарская 0 0 12.17646 0 0 0 0 0 3.975405 2010

Северо-<азагстанская 0 О 0 0.65108 0 0 0 0 0.2017405 2010

Южн о- Казакстанская ■ 74308 0 Э 0 0 0 0 2,361411 5.681922 2010

Рисунок 18 - Оценка Национального водохозяйственного комплекса РК по сегментам, административным областям и речным бассейнам по показателю реальной удельной водообеспеченности, тыс. м3/чел в год (осредненный показатель за период 1990-2012 гг.)

Градация удельной/ реальной удельной водообеспеченности (тыс. м3 чел./год): И < 1 - катастрофически низкая I 11 - 2 - очень низкая ! \ 2 - Ъ - низкая □ 5 - 10 - средняя \ 110 - 20 - высокая ■ >20 - очень высокая

Водохозяйственные бассейны: I - Арало-Сырдариинский; II - Балкаш-Алакольский; III - Ертисский; IV - Есильский; V - Жайык-Каспийский; VI - Нура-Сарысуский; VII - Тобыл-Торгайский; VIII - Шу-Таласский

Рисунок 19 - Оценка водообеспеченности бассейновых ПХС Казахстана по критериям водной безопасности: а - удельная водообеспеченность; б - реальная удельная водообеспеченность; в - условная удельная водообеспеченность

Градация удельной/ реальной удельной водообеспеченности (тыс. м3 чел./год): Ж < 1 - катастрофически низкая I 11 - 2 - очень низкая ! i2 - 5 - низкая [31 5 - 10 - средняя i 110 - 20 - высокая ■ >20 - очень высокая

Области:

I - Акмолинская, II - Актобинская, III - Алматинская, IV - Атырауская, V - Восточно-Казахстанская, VI - Жамбылская, VII - Западно-Казахстанская, VIII - Карагандинская, IX - Кызылординская, X - Костанайская, XI - Мангистауская, XII - Павлодарская, XIII - Северо-Казахстанская, XIV - Южно-Казахстанская.

Рисунок 20 - Оценка водообеспеченности областных ПХС Казахстана по критериям водной безопасности: а - удельная водообеспеченность; б - реальная удельная водообеспеченность; в - условная удельная водообеспеченность

Показано, что на современном уровне развития Национального водохозяйственного комплекса в республике в целом имеется достаточное количество водных ресурсов для удовлетворения потребностей практически всех отраслей экономики без нарушения нормативов обводненности объектов природной среды и трансграничных попусков, однако в трех бассейнах (Арало-Сырда-риинском, Ертисском, Нура-Сарысуском) современные хозяйственные водозаборы превышают установленный социально-экономический водно-ресрусный потенциал за счет нарушения экологических норм водопользования.

Выявлено, что показатель антропогенной нагрузки на водные ресурсы в целом по республике («водный стресс») отвечает критерию «средневысокий» уровень при изменении данного показателя в разрезе бассейнов в диапазоне «умеренный» уровень (4 бассейна) - «чрезвычайно высокий» (Нура-Сарысуский).

Показано, что реальная удельная водообеспеченность населения в среднем по республике соответствует международному критерию «средний» уровень. В разрезе областей данный показатель изменяется в диапазоне качественных оценок: «высокий» уровень (3 области), «низкий» уровень (5 областей).

Разработка прогнозных сценариев водообеспечения бассейновых природно-хозяйствен-ных систем и административно-территориальных областей на расчетные уровни развития

[3, 9-11, 13, 17-26].

Разработаны методы стратегического планирования СВО. При планировании стратегии водообеспечения РК необходимо учитывать объективное существование двух типов неопределенностей. Первая из них связана с климатически обусловленной изменчивостью формирующегося в бассейне речного стока, имеющего вероятностную природу. Вторая обусловлена хозяйственной деятельностью в бассейнах сопредельных государств, масштабы которой невозможно однозначно предсказать.

Наиболее вероятное обострение проблемы водообеспечения республики может быть вызвано антропогенным сокращением стока трансграничных рек в связи с реализацией сопредельными государствами своих водохозяйственных программ. Наибольшую угрозу в этом отношении представляют планируемые Китайской Народной Республикой отборы стока Кара Ертиса, а также стока Иле. Серьезным ограничением использования ресурсов речного стока Ертиса в центральных и северных регионах республики являются обязательные трансграничные попуски на территорию России. Актуальными являются проблемы совершенствования принятых в советское время межгосударственных соглашений с центрально-азиатскими странами по совместному использованию стока трансграничных рек Сырдария, Шу, Талас.

С учетом высокой степени уязвимости природной среды и отраслей экономики Казахстана к возможным изменениям ресурсов речного стока стратегия устойчивого водообеспечения республики должна быть ориентирована на неблагоприятное сочетание климатических и антропогенных дестабилизирующих факторов.

Рекомендуемый подход очень осторожен и отражает пессимистическую точку зрения на ожидаемые изменения водных ресурсов в Казахстане (критерий «минимакс»), однако применение его представляется оправданным при обосновании Национальной стратегии обеспечения водной безопасности с учетом вероятных тяжелых экономических ущербов и недопустимых нарушений природной среды при дефиците воды.

В современной теории и практике управления водными ресурсами, в том числе в Генеральной схеме комплексного использования и охраны водных ресурсов Республики Казахстан 2016 г. (Генсхеме КИОВР) [20], фактор неопределенности (вероятностная природа ресурса) учитывается заданием показателей надежности полного удовлетворения потребностей в воде - нормативами расчетной обеспеченности (по относительному числу бесперебойных лет). В принципе доля бесперебойных лет (обеспеченность водоотдачи) в каждом отдельном случае должна определяться на основании сопоставления ущербов от перебоев с затратами на сокращение их повторяемости и глубины. Однако в Генсхеме КИОВР величина обеспеченности отдачи назначена на основании общих соображений о значимости того или иного вида водопользования (таблица 3).

Выбор нормативов надежности системы водообеспечения существенно определяет ключевые параметры водохозяйственного комплекса. При изменении норматива в диапазоне от 0,75 до 0,95,

Таблица 3 - Сравнение нормативов риска водообеспечения (по индикаторам надежности и уязвимости),

рекомендуемых различными организациями

Отраслевое ПКИК, % МГУП, % ВНИИГиМ, %

водопотребление P U P U P U

Коммунально-бытовое хозяйство 95 20 95-97 10 - -

Промышленность 95 20 95 10 - -

Регулярное орошение 75 20 75-90 15-50 90 -

Лиманное орошение 30-50 - - - - -

Энергетические попуски - - 80-90 10-20 85-95 -

Рыбохозяйственные попуски 75 20 50-75 - 75-90

Водный транспорт - - 50-75 - 85-90 -

Санитарно-экологические попуски - - 75-95 - 97-99 -

Примечания: ПКИК - производственный кооператив «Институт "Казгипроводхоз"»; МГУП - Московский государственный университет природообустройства; ВНИИГиМ - Всесоюзный НИИ гидротехники и мелиорации. Р - надежность системы водообеспечения - обеспеченность водоподачи по числу бесперебойных лет. U - уязвимость системы водообеспечения - максимальная глубина перебоев.

например, величина регулирующей емкости водохранилища - наиболее затратного объекта водохозяйственного комплекса - увеличивается в 3-4 раза. В связи с этим проблема учета неопределенности в задачах планирования СВО остается одним из ключевых вопросов теории и практики водохозяйственного проектирования.

Эффективным средством исследования сложных систем, подверженных случайным воздействиям, является имитационное моделирование, влияние случайных факторов в котором учитывается с помощью задания вероятностных характеристик процессов (законов распределения вероятностей). В отличие от детерминированного подхода, основанного на применении нормативов надежности, данный метод позволяет выявить и оценить экстремальные водно-ресурсные ситуации при управлении водными ресурсами, имеющие наиболее значимые социально-экономические и экологические последствия. В настоящей работе аналитическая версия метода впервые применена к решению стратегических задач развития СВО РК (рисунок 21).

Рисунок 21 - Структура динамико-стохастической модели СВО

Имитационное моделирование систем водообеспечения представляет собой метод проведения на ЭВМ вычислительных экспериментов с математическими моделями, воспроизводящими поведение реальных объектов во времени в течение заданного периода. При этом функционирование водных объектов и водохозяйственных установок описывается набором алгоритмов, имитирующих вероятностный процесс формирования ресурсов речного стока и динамику спроса на воду при-родно-хозяйственных систем, а также правила водорегулирования и водораспределения.

Главная цель создания имитационных моделей состоит в снабжении лиц, ответственных за конкретные решения на этапе планирования использования и охраны водных ресурсов, единым комплексом программ, позволяющих получить с использованием современных ЭВМ необходимую обосновывающую информацию о возможных сценариях развития систем водообеспечения Республики Казахстан.

Разработана базовая стратегия развития СВО по материалам Генсхемы КИОВР [8-10, 20]. Дана оценка «Генеральной схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов, 2016 г.» по критериям водной безопасности для последующего обоснования комплекса мероприятий по развитию системной водохозяйственной инфраструктуры. Генеральная схема разработана в целях решения водохозяйственных задач с учетом прогнозов развития страны и отдельных регионов, гарантированного обеспечения отраслей экономики водными ресурсами и сохранения равновесия природных экосистем. В Генсхеме уточнены характеристики годового стока рек на расчетные уровни (2020, 2030 и 2040 гг.) на основе тенденции водохозяйственного развития с использованием линейного тренда для прогнозирования динамики временных рядов стока. Рост водопотребления принят в соответствии с индикативными показателями по намечаемому росту объема ВВП как в целом по республике, так и по конкретным отраслям экономики.

Сводные водохозяйственные балансы в целом по Республике Казахстан на перспективу до 2040 г. показали, что расчетные поверхностные водные ресурсы на уровне 2040 г. с учетом регулирования, вододеления, водоотведения в реки колеблются в годы разной водности от 110,3 до 64,3 км3 и составляют порядка 94-97% от суммы всех ресурсов. Водопотребление отраслей экономики Казахстана на уровне 2040 г. на 84% планируется осуществить за счет поверхностных водных источников, остальной объем - за счет подземных и шахтно-рудничных, морских и озерных, сточных и коллекторно-дренажных вод.

В таблице 4 в качестве примера приведены данные по прогнозному водопотреблению отраслей экономики, экологическим затратам воды, а также трансграничным попускам в разрезе речных бассейнов на расчетный уровень развития 2040 г. по материалам Генсхемы КИОВР. Дана оценка базовой стратегии развития СВО РК на уровни 2020, 2030 и 2040 гг. по критериям водной безопасности в разрезе бассейнов, областей, сегментов. На рисунке 22 приведена двухмерная визуализация результатов оценки предложенного в Генсхеме сценария развития СВО РК по критериям водной безопасности.

Принципиальными выводами Генсхемы, требующими более глубокой проработки, являются:

1. Наблюдаемое сокращение трансграничного стока в Казахстан, а также отсутствие долговременных международных договоров о вододелении с сопредельными государствами уже к 2020 году создаст реальные угрозы нехватки водных ресурсов для развития водоемких отраслей экономики и обеспечения экологической устойчивости регионов РК.

2. В условиях роста антропогенной нагрузки на водные ресурсы необходима реализация радикальных мероприятий по реабилитации природных комплексов рек и водоемов с обоснованием нового приемлемого уровня устойчивости их гидрологического режима, обеспечивающего выполнение экологических и социально-экономических функций.

3. В связи с изменившейся водохозяйственной и водно-экологической обстановкой в бассейнах большинства рек Казахстана за годы независимости назрела необходимость совершенствования системной водохозяйственной инфраструктуры республики, в том числе параметров и правил эксплуатации регулирующих водохранилищ.

Разработана инновационная стратегия развития СВО [8-11, 13, 15, 24-26]. Она нацелена на обоснование стратегических решений в ответ на неучтенные в Генсхеме СКИОВР климатические и трансграничные водные угрозы РК в период до 2050 г. Реализация стратегии предлагается в следующей приоритетности с выделением трех укрупненных этапов:

Таблица 4 - Матрица суммарного водопотребления, км3/год (прогноз на 2040 г.)

Области Водохозяйственные бассейны

Арало-Сырдари-инский Балкаш- Ала-кольский Ертис-ский Есиль-ский Жайык-Каспийский Нура-Сары-суский Тобыл-Торгай-ский Шу-Таласский Е

Акмолинская 0,441 0,441

Актюбинская 0,366 0,011 0,377

Алматинская 3,199 3,199

Атырауская 0,280 0,28

Восточно-Казахстанская 0,161 2,364 2,525

Жамбылская 1,738 1,738

Западно-Казахстанская 0,340 0,34

Карагандинская 0,110 0,430 0,54

Кызылординская 1,401 1,401

Костанайская 0,199 0,199

Мангистауская 0,243 0,243

Павлодарская 1,406 1,406

Северо-Казахстанская 0,199 0,199

Южно-Казахстанская 4,819 0,092 4,911

Е 6,220 3,470 3,770 0,640 1,230 0,430 0,210 1,830 17,8

Е 6,22 3,47 3,77 0,64 1,23 0,43 0,21 1,83 17,8

Ресурс (50%) 16,900 23,600 32,300 1,340 7,950 0,493 0,727 3,500 86,8

Экология 1 10,790 16,210 5,790 0,330 5,080 0,530 0,500 1,480 40,71

Экология 2 10,790 16,210 5,260 0,330 5,080 0,530 0,500 1,480 40,18

Трансграничные попуски 1 1,000 4,000 22,40 0,550 0,410 0,050 28,41

Трансграничные попуски 2 1,000 4,000 17,53 0,550 0,410 0,050 23,54

Соц.-эконом. потенциал 1 5,110 3,390 4,110 0,460 2,460 -0,037 0,177 2,020 17,69

Соц.-эконом. потенциал 2 5,110 3,390 9,510 0,460 2,460 -0,037 0,177 2,020 23,54

1. 2030 г. Совершенствование межгосударственных водных отношений РК с сопредельными странами в трансграничных бассейнах рек на принципах международного водного права с учетом географического положения РК, особенностей его социально-экономического развития и экологического статуса:

- с КНР в бассейнах рек Иле и Ертис;

- с РФ в бассейнах рек Жайык и Ертис;

- с РУ и КР в бассейне реки Сырдария;

- с КР в бассейнах рек Шу и Талас.

2. 2040 г. Развитие системной водохозяйственной инфраструктуры РК в связи с климатически и антропогенно обусловленным изменением располагаемых водных ресурсов, а также требований к их использованию (социальных, экономических, экологических) путем:

- глубокого многолетнего зарегулирования стока рек Ертис и Сырдария;

- межбассейнового перераспределения стока Ертиса в вододефицитные регионы Северного, Центрального и Южного Казахстана.

3. 2050 г. Взаимовыгодное использование стока российских рек на основе развития трансграничных водохозяйственных связей: по Верхне-Катунскому направлению, компенсирующему сокращения трансграничного стока с территории КНР в Иле-Балкашском и Ертисском бассейнах.

Обоснование стратегических решений по управлению ресурсами поверхностных вод с оценкой по критериям водной безопасности [8-10, 11, 13, 26].

Рисунок 22 - Оценка НВХК РК по показателю удельной водообеспеченности по первому варианту (прогноз),

тыс. м3 чел./год: а - 2020 г., б - 2030 г., в - 2040 г.

а

б

в

Разработаны стратегическая цель и направления развития СВО до 2050 года. На основании результатов оценки базовой стратегии развития СВО РК (по материалам Генсхемы) сформулировано основное направление инновационной стратегии - «развитие водно-ресурсного потенциала Казахстана на период до 2050 года», в структуре которого определены системные задачи:

- совершенствование межгосударственного вододеления в трансграничных бассейнах;

- повышение зарегулированности речного стока водохранилищами;

- межбассейновое перераспределение водных ресурсов;

- взаимовыгодное использование стока российских рек;

- реабилитация природных водных объектов государственного значения.

Предложены ключевые мероприятия инновационной стратегии развития СВО [8, 10, 13, 24-26]:

1. Распределение ресурсов речного стока между Республикой Казахстан и Китайской Народной Республикой в трансграничном бассейне Иле.

Позиция Казахстана в вопросах межгосударственного вододеления с Китайской Народной Республикой в трансграничном бассейне реки Иле обоснована фундаментальными принципами международного водного права - «устойчивости» и «справедливости». В качестве исходной величины межгосударственного вододеления принята величина среднемноголетнего годового объема трансграничного стока реки Иле с территории КНР в РК в естественном состоянии. С позиции «устойчивости» приоритетным водопользователем межгосударственного значения определен природно-хозяйственный комплекс низовьев трансграничного бассейна - озеро Балкаш и дельта Иле, в который нормативная величина притока (экологического стока) обеспечивается китайской и казахстанской сторонами в размерах пропорционально среднемноголетней величине речного стока, формирующегося в соответствующих частях бассейна.

Величина социально-экономического водно-ресурсного потенциала трансграничного бассейна (свободного стока), подлежащего межгосударственному вододелению, определяется разностью между исходной величиной вододеления и объемом экологического стока в низовья. С позиции принципа «справедливости» доли казахстанской и китайской сторон в свободном стоке устанавливаются: а) пропорционально расчетной численности населения в соответствующих частях бассейна (рисунок 23); б) по критерию равенства относительных ущербов компонентов при ущемлении их интересов (рисунок 24). Разработаны методика и расчетный алгоритм «устойчивого» и «справедливого» вододеления между РК и КНР в трансграничном Иле-Балкашском бассейне, реализованный в программном комплексе для подготовки и принятия решений в переговорном процессе с КНР.

Рисунок 23 - Результаты расчетов модели при N1 = 3,76 млн чел., N2 = 2,8 млн чел., отметка оз. Балкаш 341 м, с учетом дельты: E = 13,3 км3/год

Рисунок 24 - Результаты расчетов модели при N1 = 3,6 млн чел., N2 = 2,8 млн чел., отметка оз. Балкаш 341 м, с учетом дельты: E = 13,3 км3/год, п = 4, m = 2

2. Переброска части стока реки Ертис по Трансказахстанскому каналу «Шульба-Сырдария» и каналу «Буктырма-Балкаш».

Трансказахстанский канал (ТКК) станет основой формирования Единой системы водообес-печения Республики Казахстан (ЕСВО РК), объединяющей существующие и перспективные межбассейновые водохозяйственные связи. Переброска речного стока Ертиса из Шульбинского водохранилища в объеме 5-7 км3/год для покрытия ожидаемых дефицитов воды в бассейнах рек Есиль, Нура, Тобыл, Сырдария будет способствовать решению проблем:

- повышения уровня занятости населения путем развития водоемких производств;

- формирования рациональной (равномерной) системы расселения в республике;

- сохранения экосистем за счет восстановления водно-ресурсного равновесия;

- охраны и рационального использования ресурсов пресной воды.

Транзитный потенциал ТКК выразится в использовании части его трассы для переброски стока российских рек в бассейн Амударии при наличии соответствующих межгосударственных соглашений между Россией, Казахстаном и Узбекистаном.

Первоочередным звеном развития СВО РК может стать «астанинская ветка» ТКК с водозабором из Шидертинского водохранилища и подачей воды в русло реки Есиль для повышения водообеспеченности столицы республики г. Астаны.

При ожидаемом сокращении трансграничного стока р. Иле с территории КНР потенциальным средством сохранения целостного озера Балкаш является привлечение части стока р. Ертис из Буктырминского водохранилища (рисунок 25). По условию водного баланса в западную часть озера необходим дополнительный приток в размере порядка 2,0 км3 для восполнения потерь на испарение с акватории озера и обеспечения балансового перетока в Восточный Балкаш. Переброска предполагает преодоление «Аягузского» водораздела посредством высоконапорных насосов с возможным строительством микро-ГЭС и напорной оросительной сети.

3. Переброска части стока российских рек в Казахстан по направлению «Катунь-Буктырма».

Предложена обновленная схема взаимовыгодного использования стока российских рек по

Верхне-Катунскому направлению в объеме до 4,5 км3/год, позволяющая России компенсировать сокращение Ертисского притока в Омскую область в связи с водозабором в Китае и Казахстане, а также участвовать в освоении эффективных гидроэнергоресурсов на трассе переброски (рисунок 26). Заинтересованность Казахстана заключается в увеличении выработки электроэнергии Ертисским каскадом ГЭС, а также в улучшении условий судоходства и обводнения поймы. В рамках предложенной схемы уточнены потенциальные объемы переброски стока реки Аргут до 2,02,6 км3/год с учетом социально-экологических ограничений, а также рассмотрены альтернативные

Рисунок 25 - Варианты трасс переброски стока по направлению Буктырма - Балкаш

Рисунок 26 -Схема преодоления Аргут-Буктырминского водораздела: а - план; б - профиль. Варианты: 1 - плотинный; 2 - насосный; 3 - туннельный

2020 г.

2030 г.

2040 г.

2050 г.

Рисунок 27 - Динамика показателей «удельная водообеспеченность» в разрезе бассейново-областных сегментов на уровни 2020, 2030, 2040 и 2050 гг. при реализации ключевых мероприятий инновационной стратегии

ОВР СсйЬэг Поиск Счистить Экспорт с

ГлдомолччккиД ри«« '2030

Рлс к/Н ЛДеЖ"ОС т ь

Облает» \ Бассейн Акисымпсн*» Арыо СырДЛрИИ HCkV Д БЛЛКЛШ -Аалкольмий £ртисс*ий Еошшй 01197/049? ЖлЛые-КлспиЛсый И ура <Слрмсус«и>* Тайшл-ТоргаДскк«Л ШуТлллсскиД

АлфбйКкДЛ 0/1 0/1

0/1

Лтырлуси* on

Ййстечнй-Лмахета нСкЛЯ on 0/1

0/1

Западне • Кдаахсгавсиал on

Кврагачд"*™:'«0 0/1 0162/0,537

КоствшЛскля 0005/0,975

Лл-адпордигШав 0/1

Мяимс^аус**» 0/1

Плвлодлрсш од

Сскро- М »«т» нсьв а 0J55/0-W2

Южхо' Камнстансел* 0/1 0/1

Гидроло<кч«м«й рмся «■| 204D

Р«к/Нлдеж№с»%

Ой ласт» \ Бксейн АХМОЛИИОСЛ* Арале-С ырдлр* инский Балхаш-Ал»«оль<*ий Ерпксдой ЁС^ЛъСккй {Ш52/0ЯВД Жайы^-^аеп^йский Hypa-CapvcyowJ То6*л-Тор<#й<*ий

0,1 0/1

АлматинскаА 0/1

Ат«рлут*ля 0/1

восточно' Кл«» счисм я 0/1 оои/о.9?$

ОЛ

Злладие- tUMiai<u" 0/1

Карв'ЛНАйХКЛЯ 0/1 (мнлшв

Кхтлиайсчая 0/1

0/1

МрнМСИ^СКЛА on

ПИМ1ЖМ( 0/0.W5

С емрб-Клмкетл«« Л*

0/1 0/1

Гидрологический рис* * | 12020

Рлск/Нлдгжчост»

Обдаст» \ Бассейн Дкмал^хклй йрало-С ырдарт«нн<*ий Ертдессий Ее**»««*? 0.05/0.899 Жвйык-Иаспийес^й Hypa<ap*cy<«W ТО6»Л-ТФРРЛЙ<»:ИЙ

Актюбсчсклч 0/1 on

Алматипсия 0/1

Атыраусьа» 0/1

8OCTG4№- Камястлнскл* 0/1 0/1

0/1

Западно-Клжстлиская 0/1

Карлга><дичссля 0/1 0.035/04ИЙ

K«Tfl»*»AcK9* 0/1

<ЫЛЬ>ЛОрДИИСИЯ 0/1

Мрнгйсцуская 0/0-9»

Павлодарская 0/1

Сыеро- Клихстлносая 0.135/0.829

Южяо- Клм«тлнсют 0/1 0/1

Гйдролммчккий рмсе »| 2050 *

Рим Надигнг ль

Область ', Бассейн Дяиолииская Дрлло-Сырдари йнскуй Б&л<а11(-Алакольийй Ертжсвйй 0.05/0,8» Жа йы<- Каимйсчий Нура-Слр«умий То6мл-ТоргаДс«ий Шу-Тл*лемиД

Алябимш 0/1 0/1

Алматлнекля 0/1

Атмрвускл» 0/1

восточно-Клхлюлпская 0/1 0/1

Жлмбылсш ОД

Заплюй- Kaiax стане ка* 0/1

Клрагаид^>«ая 0/1 ооздовм

Костаплйсая 0/1

КмкЛОрДйнСМЛ 0/1

МрнГйСЦуСКЛА 0/0,999

Павлодаре«»" 0/1

Cmpo-KiutcTwcuf 0.13ДО.В29

Южно-Каикстаискля 0/1 0/1

Рисунок 28 - Матрица показателей гидрологического риска и надежности СВО в разрезе бассейново-областных сегментов на уровни 2020, 2030, 2040 и 2050 гг. при реализации ключевых мероприятий инновационной стратегии

туннельный и насосный варианты преодоления Аргут-Буктырминского водораздела, исключающие сооружение высоконапорной плотины и затопление обширных территорий.

Инновационная стратегия ориентирована на поддержку устойчивости предложенной в Ген-схеме программы развития НВХК в условиях реализации ожидаемых климатических и трансграничных водных угроз (снижение ресурсов соответственно на 10 и 50%) путем осуществления комплекса ключевых мероприятий по управлению водными ресурсами.

На рисунках 27, 28 приведена картографическая и цифровая визуализация результатов численного моделирования динамики показателей «удельная водообеспеченность» и «водный стресс», «гидрологический риск и надежность» СВО в разрезе бассейново-областных сегментов на уровни 2020, 2030, 2040 и 2050 годов при реализации ключевых мероприятий инновационной стратегии.

Даны обобщенные водохозяйственные характеристики СВО Балкаш-Алакольского, Ертис-ского и Есильского бассейнов на уровни 2020, 2030, 2040 и 2050 годов с учетом реализации ключевых мероприятий инновационной стратегии.

Выполненными исследованиями обоснована возможность сохранения природно-хозяйст-венного комплекса озера Балкаш на экологически приемлемом уровне путем совершенствования правил межгосударственного деления стока реки Иле между КНР и РК на принципах «устойчивости» и «справедливости» международного водного права, а также путем переброски стока реки Ертис в западную часть озера преодолением «аягузского водораздела».

Показана водохозяйственная эффективность межбассейнового перераспределения водных ресурсов р. Ертис в условиях климатически обусловленного снижения местного стока и антропогенного сокращения трансграничного стока путем сооружения Трансказахстанского канала. Обоснована необходимость первоочередного сооружения «астанинской ветки» ТКК для повышения водообеспеченности столицы республики - г. Астаны.

Показана целесообразность взаимовыгодного использования стока российских рек по Верхне-Катунскому направлению на основе туннельного и насосного преодоления «Аргут-Буктырмин-ского водораздела», компенсирующего сокращение стока Кара Ертис с территории КНР.

Заключение. Осуществление стратегических мероприятий по водообеспечению бассейновых природно-хозяйственных систем Казахстана требует длительного времени: проектирование, строительство и ввод системообразующих объектов в эксплуатацию занимают до 10-15 лет. Это означает, что научное обеспечение стратегических мероприятий должно начинаться с большой заблаговременностью (порядка 25 лет). Игнорирование этого принципиального положения может привести к крупным просчетам в развитии Национального водохозяйственного комплекса с тяжелыми экономическими ущербами и недопустимыми нарушениями природной среды. В свете изложенного проблемы стратегического планирования водообеспечения природно-хозяйственных систем приобретают важнейшее социально-экономическое и экологическое значение, являясь одним из основных условий выполнения поставленной Президентом РК задачи: «К 2050 году раз и навсегда решить проблему водообеспечения Казахстана».

Полученные результаты можно использовать:

- при разработке новых стандартов выполнения фундаментальных и прикладных НИР, устанавливающих общие требования к методам стратегического планирования водного сектора экономики, в том числе к разработке схем КИОВР на основе технологий имитационного математического (компьютерного) моделирования сложных систем;

- при выработке позиций РК в вопросах межгосударственного вододеления в трансграничных бассейнах с сопредельными странами: Китаем, Россией. Узбекистаном Кыргызстаном, учитывающих интересы Казахстана: его географическое положение, особенности социально-экономического развития и экологического состояния.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Воропаев Г.В. Проблемы водообеспечения страны и территориальное перераспределение водных ресурсов // Водные ресурсы. - М.: Наука, 1982. - № 6. - С. 3-28.

[2] Программа действий. Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро, 1992 г. - Женева, 1993. - 70 с.

[3] Раткович Д.Я. Гидрологические основы водообеспечения. - М., 1993. - 430 с.

[4] Водные ресурсы России и их использование. - Санкт-Петербург: Государственный гидрологический институт, 2008. - 650 с.

[5] Раткович Л. Д. Водохозяйственные проблемы трансграничных бассейнов // Природообустройство. - М., 2008. -№ 4. - С. 41-47.

[6] Экономические и территориальные аспекты управления водохозяйственным комплексом России / Под ред. В. И. Данилов-Данильяна, В. Г. Пряжинской - М.: РАСХН, 2013. - С. 215-239.

[7] Ясинский В.А., Прохорова Н.Б., Мироненков А.П., Сарсембеков Т.Т. Управление водными ресурсами в государствах - участниках СНГ. - Алматы, 2013. - 504 с.

[8] Стратегия «Казахстан-2050»: новый политический курс состоявшегося государства. Послание Президента Республики Казахстан - Лидера нации Н.А. Назарбаева народу Казахстана. - Астана, 2012.

[9] Государственная программа управления водными ресурсами Казахстана. Утверждена Указом Президента Республики Казахстан от 4 апреля 2014 года, № 786.

[10] План мероприятий по реализации Государственной программы управления водными ресурсами Казахстана на 2014-2020 годы. Утверждена Постановлением Правительства Республики Казахстан от 5 мая 2014 года, № 457.

[11] Мальковский И.М. Географические основы водообеспечения природно-хозяйственных систем Казахстана. -Алматы, 2008. - 204 с.

[12] Водные ресурсы Казахстана: оценка, прогноз, управление. - В 30 т. - Алматы, 2012.

[13] Медеу А.Р., Мальковский И.М., Толеубаева Л.С., Алимкулов С.К. Водная безопасность Республики Казахстан: проблемы устойчивого водообеспечения. - Алматы, 2015. - 582 с.

[14] Бектурганов Н.С., Пивоваров А.Н., Мальковский И.М. Водная безопасность Республики Казахстан: Трансказахстанский канал «Ертис-Сырдария» // Известия НАЕН. - Астана, 2013. - № 4. - С. 4-9.

[15] Abishev I.A., Medeu A.R., Malkovskiy I.M., Toleubayeva L.S. Water resources of Kazakhstan and their use // Water resources of Central Asia and their use. Materials International Scientific-Practical Conference devoted to the summing-up of the «Water for Life» decade declared by the United Nations Almary, Kazakhstan. September 22-24, 2016. - Vol. 3. - Almaty, 2016.

- P. 4-15.

[16] Medeu A.R., Malkovskiy I.M., Toleubaeva L.S. Principles of water resources management in Kazakhstan // Water resources of Central Asia and their use. Materials International Scientific-Practical Conference devoted to the summing-up of the «Water for Life» decade declared by the United Nations Almaty, Kazakhstan. - September 22-24, 2016. - Vol. 3. - Almaty, 2016.

- P. 189-201.

[17] Крицкий С.И., Менкель М.Ф. Водохозяйственные расчеты. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1952. -

392 с.

[18] Сванидзе Г.Г. Основы расчета регулирования речного стока методом Монте-Карло. - Тбилиси: Мецниерба, 1964. - 268 с.

[19] Пузиков Е.М., Долбешкин М.В., Поветкин Р.Д., Каржаубаев К.К. Программный комплекс для оценки прогнозных сценариев водообеспеченности природно-хозяйственных систем Казахстана // Известия Национальной академии Республики Казахстан. - Алматы, 2014. - С. 82-85.

[20] Генеральная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов. Утверждена Постановлением Правительства Республики Казахстан от 08.04.2016 г., № 200.

[21] Мальковский И.М., Толеубаева Л.С., Толекова А., Долбешкин М.В., Пузиков Е.М. Оценочная модель сценариев развития единой системы водообеспечения Республики Казахстан // Вопросы географии и геоэкологии. - Алматы, 2015. - № 2. - С. 15-25.

[22] Мальковский И.М., Толеубаева Л.С., Сорокина Т.Е., Таиров А.З., Пузиков Е.М., Толекова А., Абдибеков Д.У., Долбешкин М.В., Поветкин Р.Д. Геопространственное имитационное моделирование систем водообеспечения бессточных бассейнов Балкаша и Арала // Вопросы географии и геоэкологии. - Алматы, 2016 - № 2. - С. 11-28.

[23] Malkovskyi I.M., Toleubaeva L.S., Sorokina T.E., Tairov A.Z., Puzikov E.M., Tolekova A., Abdibekov D.U., Dolbeshkin M.V., Povetkin R.D. Method of simulation for a dynamic-stochastic modeling of Kazakhstan's water supply system // Water resources of Central Asia and their use. Materials International Scientific-Practical Conference devoted to the summing-up of the «Water for Life» decade declared by the United Nations. Almaty, Kazakhstan, September 22-24, 2016. - Vol. 3. - Almaty, 2016 - P. 158-166.

[24] Хельсинские Правила использования вод международного значения от 20 августа 1966 г.

[25] Хельсинская Конвенция по охране и использованию трансграничных водотоков и международных озер от 17 марта 1992 г.

[26] Медеу А.Р., Мальковский И.М., Толеубаева Л.С. Географические основы инженерно-технических решений по территориальному перераспределению речного стока для водообеспечения Казахстана // Материалы всемирного конгресса инженеров и ученых «Энергия будущего: инновационные сценарии и методы их реализации» WSEC-2017. - Астана, 2017. - С. 299-308.

REFERENCES

[1] Voropaev G.V. Water supply problems and territorial water resources redistribution // Water resources. Moscow: Nauka, 1982. N 6. P. 3-28 (in Rus.).

[2] Program of Action. United Nations Conference on Environment and Development in Rio de Janeiro, 1992. Geneva, 1993. 70 p. (in Rus.).

[3] Ratkovic D. Hydrological basis of water supply. M., 1993. 430 p. (in Rus.).

[4] Water resources of Russia and their use. St. Petersburg: State Hydrological Institute, 2008. 650 p. (in Rus.).

[5] Ratkovich L.D Water management problems of transboundary basins // Nature Conservation. Moscow, 2008. N 4. P. 41-47 (in Rus.).

[6] Economic and territorial aspects of water management in Russia / Ed by. Danilov-Danilyana, V.G. Pryazhinskaya. M.: RAAS, 2013. P. 215-239 (in Rus.).

[7] Yasinsky V.A., Prokhorova N.B., Mironenkov A.P., Sarsembekov T.T. Water resources management in the CIS states. Almaty, 2013. 504 p. (in Rus.).

[8] "Kazakhstan-2050" strategy: a new political course of the country. Message of the President of the Republic of Kazakhstan - Leader of the Nation N.A. Nazarbayev to the people of Kazakhstan. Astana, 2012 (in Rus.).

[9] Kazakhstan state water resources management program. Approved by the Decree of the President of the Republic of Kazakhstan dated April 4, 2014, N 786 (in Rus.).

[10] The plan action for the implementation of the State Water Management Program of Kazakhstan for 2014-2020 years. Approved by the Decree of the Government of the Republic of Kazakhstan of May 5, 2014, N 457 (in Rus.).

[11] Malkovsky I.M. Geographical bases of water supply of natural and economic systems of Kazakhstan. Almaty, 2008. 204 p. (in Rus.).

[12] Water resources of Kazakhstan: assessment, forecast, management. Almaty, 2012. 30 vol. (in Rus.).

[13] Medeu A.R., Malkovsky I.M., Toleubaeva L.S., Alimkulov S.K. Water security of the Republic of Kazakhstan: problems of sustainable water supply. Almaty, 2015. 582 p. (in Rus.).

[14] Bekturganov N.S, Pivovarov A.N, Malkovsky I.M. Water Security of the Republic of Kazakhstan: Trans-Kazakhstan Channel "Ertis-Syrdaria" // News of NAES. Astana, 2013. N 4. P. 4-9 (in Rus.).

[15] Abishev I.A., Medeu A.R., Malkovskiy I.M., Toleubayeva L.S. Water resources of Kazakhstan and their use // Water resources of Central Asia and their use. Materials International Scientific-Practical Conference devoted to the "Water for Life" December 22, 2016. Vol. 3. Almaty, 2016. P. 4-15.

[16] Medeu A.R., Malkovskiy I.M., Toleubaeva L.S. Principles of water resources management in Kazakhstan // Water resources of Central Asia and their use. Materials International Scientific-Practical Conference devoted to the summing-up of the «Water for Life» decade declared by the United Nations Almaty, Kazakhstan, September 22-24, 2016. Vol. 3. A^Mani, 2016. P. 189-201.

[17] Kritsky S.I., Menkel M.F. Water management calculations. L.: Hydrometeorological Publishing House, 1952. 392 p. (in Rus.).

[18] Svanidze G.G. Basis for calculating river flow regulation by the Monte Carlo method. Tbilisi: Metznierba, 1964. 268 p. (in Rus.).

[19] Puzikov E.M., Dolbeshkin M.V., Povetkin R.D., Karzhaubaev K.K. A software package for estimating forecast scenarios of water availability of Kazakhstan natural-economic systems // News of the National Academy of the Republic of Kazakhstan. Almaty, 2014. P. 82-85 (in Rus.).

[20] General scheme of integrated use and protection of water resources - Approved by the Decree of the Government of the Republic of Kazakhstan, N 200 dated April 8, 2016 (in Rus.).

[21] Malkovsky I.M., Toleubaeva L.S., Tolekova A., Dolbeshkin M.V., Puzikov E.M. Estimated model of scenarios for the development of a unified water supply system in the Republic of Kazakhstan // Issues of Geography and Geoecology. Almaty,

2015. N 2. P. 15-25 (in Rus.).

[22] Malkovsky I.M., Toleubaeva L.S., Sorokina T.E., Tairov A.Z., Puzikov E.M., Tolekova A., Abdibekov D.U., Dolbesh-kin M.V., Povetkin R.D. Geospatial simulation of the water supply systems of Balkash and the Aral inland basins // Issues of Geography and Geoecology. Almaty, 2016. N 2. P. 11-28 (in Rus.).

[23] Malkovskyi I.M., Toleubaeva L.S., Sorokina T.E., Tairov A.Z., Puzikov E.M., Tolekova A., Abdibekov D.U., Dolbeshkin M.V., Povetkin R.D. Method of simulation for a dynamic-stochastic modeling of Kazakhstan's water supply system // Water resources of Central Asia and their use. Materials International Scientific-Practical Conference devoted to the summing-up of the «Water for Life» decade declared by the United Nations. Almaty, Kazakhstan, September 22-24, 2016. Vol. 3. Almaty,

2016. P. 158-166.

[24] The Helsinki Rules on the Uses of the Waters of International Rivers. August 20, 1966 (in Rus.).

[25] The Helsinki Convention on the Protection and Use of Transboundary Watercourses and International Lakes. March 17, 1992 (in Rus.).

[26] Medeu A.R., Malkovsky I.M., Toleubaeva L.S. Geographical foundations of engineering and technical solutions for the territorial redistribution of river flow for water supply in Kazakhstan // Proceedings of the World Congress of Engineers and Scientists "Future Energy: Innovative Scenarios and Methods for their Implementation" WSEC-2017. Astana, June 19-20, 2017. P. 299-308 (in Rus.).

А. Р. Медеу1, И. М. Мальковский2, Л. С. Толеубаева3, А. З. Таиров4, Т. Е. Сорокина4, Е. М. Пузиков5, М. В. Долбешкин5, Р. Д. Поветкин5, Д. У. Абдибеков6, А. Толекова5

1КР ¥ТА академии, директор (География институты, Алматы, Казакстан) 2Т.г.к., г.г.д., профессор, математикалык Yлгiлеу жэне табиги-шаруалык жYЙенi сумен камтамасыздандыру зертханасыныи басты гылыми кызметкер^ «су коры» багыты бойынша гылыми жетекшiсi

(География институты, Алматы, Казакстан) 3Г.г.д., математикалык Yлгiлеу жэне табиги-шаруалык жуйеш сумен камтамасыздандыру

зертханасыныи жетекша (География институты, Алматы, Казакстан) 4Г.г.к., математикалык Yлгiлеу жэне табиги-шаруалык жуйеш сумен камтамасыздандыру зертханасыныи ага гылыми кызметкерi (География институты, Алматы, Казакстан) 5Магистр, математикалык Yлгiлеу жэне табиги-шаруалык жуйеш сумен камтамасыздандыру зертханасыныи гылыми кызметкерi (География институты, Алматы, Казакстан) 6PhD докторанты, математикалык Yлгiлеу жэне табиги-шаруалык жYЙенi сумен камтамасыздандыру зертханасыныи гылыми кызметкерi (География институты, Алматы, Казакстан) 2050 ЖЫЛЫ КЕЗЕЩНЕ ДЕЙ1Н ЦАЗАЦСТАН РЕСПУБЛИКАСЫН ТУРАЦТЫ СУМЕН КАМТАМАСЫЗДАНДЫРУ СТРАТЕГИЯСЫ Аннотация. Макалада «2050 жылы кезеиiне дейiн Казакстан Республикасын теракты сумен камтамасыздандыру стратегиясы» кiшi багдарламасы бойынша 2015-2017 жж. кезещнде алынган «Казакстан Рес-публикасыныи су кауiпсiздiгi - сумен камтамасыздандырудыи теракты стратегиясы» ТЗЖ нэтижелерi келть рiлген. Мемлекетаралык су катынасы сипаттамалары ретiнде халыкаралык iс-тэжiрибесiнде кабылданган су каушаздт тYсiндiрмесiнен айрыкша жэне де Казакстанда су таишылыгы мэселелерiн шешу кврiнiсiн калып-тастыратын тiршiлiк эрекетшщ жалпы кауiпсiздiк теориясы негiзiнде су каушаздт концепциясы виделген. Олардыи теигерiмi бойынша iс-шаралардыи жасау негiзi репнде есептiк даму кезеиiне су артылуы жэне тап-шылыгын айкындайтын табиги-шаруашыльщ жYЙелердi сумен камтамасыздандыру сценарийлерiнiи ими-тациялык Yлгiлеу талдауы жэне болжамы виделген. Су корларын коргау жэне кешендi пайдалану Басты с^лбасында ескершмеген жэне оган жауабы ретiнде КР климаттык жэне трансшекаралык су каушша ^зак-мерзiмдi кагидалы шешiмдерi непздерше багытталган республиканыи ^лттык сушаруашылык кешенше стратегиялык инновациялык дамуы виделген.

Тушн свздер: Казахстан Республикасыныи ¥лттык сушаруашылык кешенi, имитациялык Yлгiлеу, сце-нарийлары, сумен камтамасыздандыру, Трансказакстандык канал, взен агындысын аудару.

A. R. Medeu1, I. M. Malkovsky2, L. S. Toleubaeva3, A. Z. Tairov4, Т. Е. Sorokina4, E. M. Puzikov5, M. V. Dolbeshkin5, R. D. Povetkin5, D. U. Abdibekov6, A. Tolekova5 1Academician of the National Academy of Sciences Kazakhstan, Director (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) 2Candidate of Technical science, Doctor of geographical Science, Professor, Chief Researcher, Laboratory of Water Supply of Natural and Economic Systems and Mathematical Modeling, Scientific Leader of "Water Resources" (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) 3Doctor of Geographical Science, Head of the Laboratory of Water Supply of Natural and Economic Systems and Mathematical Modeling (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) 4Candidate of Geographical Science, Senior Researcher, Laboratory of Water Supply of Natural and

Economic Systems and Mathematical Modeling (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) 5Master of Science, Researcher, Laboratory of Water Supply of Natural and Economic Systems and Mathematical Modeling (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) 6PhD Doctoral student, Researcher, Laboratory of Water Supply of Natural and Economic Systems and Mathematical Modeling (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) SUSTAINABLE WATER SUPPLY STRATEGY OF KAZAKHSTAN FOR THE PERIOD UP TO 2050 Abstract. The article presents the results of the research work "Water security of the Republic of Kazakhstan -sustainable water supply strategy", for the period 2015-2017 years under the subprogram "Strategy of sustainable water supply of the Republic of Kazakhstan for the period until 2050 year". Based on the general life safety theory, developed the concept of water security, which formulates a vision of water deficit problem solution in Kazakhstan and differs from the water security interpretation adopted in the world practice as characteristics of interstate water relations. Developed simulation model for the analysis and forecasting of water supply scenarios for natural-economic systems, with the identification of water deficits and excess at the required development stages as the basis of balancing measures. An innovative strategy for the development of the national water management complex was developed, for substantiating the fundamental long-term solutions in response to the complex and water resources use in the "General Scheme " that are not considered in the climate and transboundary water threats of the Republic of Kazakhstan.

Keywords: national water economic complex, imitation modeling, scenario, water safety, Transkazakhstan channel, river flow transfer.