CC BY
29
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2012, том 18, № 2 (51), с. 91-97
=—=— ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ -
УДК 627.8+ 631.4/6
ВЛИЯНИЕ БУГУНЬСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА НА ПОБЕРЕЖЬЕ ЗА 50 ЛЕТ
© 2012 г. В.М. Стародубцев
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украина, 03041 Киев, ул. Героев Обороны, д. 15. E-mail: [email protected]
Поступила 22.07.2011
Исследовано многолетнее влияние ирригационного Бугуньского водохранилища в Центральной Азии на эколого-мелиоративное состояние ландшафтов побережья. Для этого использованы детальные космические снимки Quick Bird картографического сервиса Google Maps и ретроспективный анализ полевых и лабораторных исследований 60-70-х годов. Ключевые слова: водохранилище, космический снимок, подтопление, засоление, абразия.
Влияние водохранилищ аридной и субаридной зон на ландшафты побережья весьма существенное и разнообразное. Наиболее полно исследованы процессы на берегах крупных равнинных и предгорных водохранилищ гидроэнергетического, ирригационного и комплексного назначения (Водохранилища и их воздействие ..., 1986; Водохранилища мира, 1979; Стародубцев, 1986; Dams ..., 2007; Dams ..., 2000; Proceedings ..., 2002; Starodubtsev и др., 2004). Значительно меньше внимания уделялось небольшим (по классификации, принятой на постсоветском пространстве) ирригационным водохранилищам Центральной Азии (Алекин, 1960; Стародубцев, 1977; Халматов, 1969; Эйнисман,1976 и др.). Поэтому рассмотрение последствий воздействия водных масс Бугуньского водохранилища на побережье за полвека представляет несомненный научный и практический интерес. При этом наибольшего внимания заслуживают процессы подтопления и засоления почв, абразии лессовых берегов, переформирование чаши водоема и др.
Характеристика объекта исследования
Бугуньское водохранилище создано в аридной зоне Казахстана (рис. 1) для орошения Арысь-Туркестанского массива площадью 93 тыс. га, на котором планировалось выращивать хлопчатник, зерновые, кормовые и плодово-ягодные культуры. Проектирование и строительство водохранилища, а также оросительной и дренажной сети ирригационного массива велось длительное время в конце 50-х годов прошлого столетия. В долине реки Бугунь была построена основная плотина, а в сае Каражантак - дополнительная (рис. 2). Проектный объем водохранилища составлял 370 млн. м3, площадь зеркала - 6300 га, глубина - 15-17 м. Водоем аккумулирует сток реки Бугунь и частично - сток реки Арысь, подаваемый сюда с помощью Арысского канала. Наполнение водоема происходит ежегодно с октября по апрель, в апреле-мае поддерживается максимальный уровень, а с июня по сентябрь происходит сработка воды на орошение до «мертвого объема». Такой режим уровня способствует активному переформированию берегов, сложенных лессами, и рельефа самой чаши водохранилища.
Эксплуатационное наполнение водоема началось в 1960-1963 гг. В первые же годы проявились некоторые негативные последствия, в частности, подпор грунтовых вод пролювиально-аллювиальных отложений в нижних бьефах Бугуньской и Каражантакской
плотин, активная фильтрация в южное побережье, представляющее собой водораздельное повышение между долинами реки Бугунь и сая Каражантак, абразия высоких берегов, сложенных лессовыми отложениями. На подтопленных участках началось засоление почв и грунтовых вод. Именно этими последствиями было обусловлено начало наших исследований экологических условий берегов водохранилища, продолжавшихся в 1966-1970 гг. непрерывно, а в дальнейшем - периодически до 1986 г. Современное состояние побережья исследуется с помощью космических снимков.
Рис. 1. Арысь-Туркестанский массив орошения с Бугуньским водохранилищем (на схеме Казахстана: 1 - Бугуньское водохранилище). Fig. 1. Arys'-Turkestan irrigation scheme with the Bugun' reservoir (on Kazakhstan scheme: 1 - Bugun' reservoir).
Рис. 2. Бугуньское водохранилище при сработке воды до мертвого запаса в октябре 2007 г.: 1 -Бугуньская плотина, 2 - Каражантакская плотина, створы 1 и 3 - участки исследования влияния водохранилища. Использован космический снимок Quick Bird (18-10-2007 г.) c картографического сервиса Google Maps. Fig. 2. Bugun' reservoir after its drawdown to a «dead water» in October 2007: 1 -Bugun' dam, 2 - Karazhantak dam, lines 1-3 - plots of reservoir' impact studying. Space image Quick Bird (October 18, 2007) is used for this figure.
Методика исследований
На побережье было выбрано два экспериментальных участка, из них основной (рис. 2, створ 1) простирался от южного берега через водораздельное повышение до сая Каражантак в 1967 г. он продлен до Арысского магистрального канала), и дополнительный (рис. 2,
створ 3) - от северного берега до Туркестанского магистрального канала.
Наблюдениями охвачены зональные почвы водораздельных повышений (сероземы светлые глубокозасоленные), лугово-сероземные, сероземно-луговые и луговые засоленные почвы подтопленных территорий, а также солончаки в зоне выклинивания фильтрационных вод. Литологическое строение и засоление почвогрунтов исследовано нами до глубины 2025 м, а скважинами Гидропроекта - до глубины 50-70 м. Влияние водохранилища на водный и солевой режим почв побережья исследовалось посезонно путем отбора проб почвы до глубины 250-300 см. Содержание влаги в этих образцах определялось высушиванием в термостате при 105°С, а содержание солей - стандартным анализом водной вытяжки. Изменения уровня грунтовых вод регистрировались подекадно, а минерализации грунтовых вод - помесячно, в скважинах, оборудованных обсадными трубами. Влияние водохранилища на побережье в первом десятилетии 21-го века проводилось путем анализа космических снимков Quick Bird с использованием стандартных инструментов картографического сервиса Google Maps, а также космических снимков Ландсат-5 из архивов НАСА.
Результаты исследований
Наполнение водохранилища сразу же вызвало интенсивное перераспределение солевых масс в почвах и быстрое изменение почвенно-мелиоративных и гидрогеологических условий смежных территорий как в верхнем, так и в нижнем бьефах. Вследствие фильтрации воды из чаши водохранилища и из магистральных каналов (Арысского и Туркестанского), а также гидростатического напора, уровень грунтовых вод уже в 1966-1968 гг. поднялся на побережье в среднем на 7-10 м. А в нижнем бьефе Бугуньской и Каражантакской плотин он достиг поверхности, поэтому здесь были проведены работы по осушению с помощью горизонтального дренажа. К 1976 году подъем грунтовых вод существенно замедлился (Стародубцев, 1977; 1986), но не прекратился. Поэтому на космических снимках последних лет отмечено заметное увеличение площади подтопленных земель, особенно в районе выклинивания фильтрационных вод из Бугуньского водохранилища (рис. 2-4).
Режим уровня грунтовых вод стал всецело зависеть от режима наполнения и сработки водоема. Амплитуда колебаний уровня у побережья составляла 10-12 м, а на расстоянии 5 км она уменьшалась до 1-2 м. Фильтрационные потери из чаши водохранилища вызвали опреснение грунтовых вод побережья до 1-3 г/л, а минерализованные воды (до 20-35 г/л) были вытеснены в понижения рельефа, в частности, в долину сая Каражантак. В зависимости от степени подтопления в почвенном покрове усилились процессы засоления (рис. 3). При слабом подтоплении светлые сероземы южного побережья стали солончаковатыми, а при среднем - солончаковыми. А на участках сильного подтопления сформировались полугидроморфные сильнозасоленные почвы и луговые солончаки с содержанием солей до 500 т/га и более в слое 0-2 м. Темпы соленакопления в почвах и трансформацию почв при подтоплении в первое десятилетие после наполнения водоема покажем на примере почвенного разреза Р-24, заложенного в понижении рельефа (рис. 3) и характеризующего лугово-сероземные солончаковые почвы и их изменение (табл.).
В целом зона прямого влияния Бугуньского водохранилища на почвенный и растительный покров, а также на режим уровня и минерализации грунтовых вод за период 1966-1986 гг. достигла на южном побережье 5-6 км. Но в дальнейшем к 2011 году в связи с расширением орошения на базе Арысского магистрального канала и ранее сухого канала А-9 совместное влияние водоема и каналов заметно усилилось (рис. 3).
Особого внимания заслуживает и проблема переформирования лессовых берегов водохранилища, явно недооцененная в проекте. Полагаясь на быстрое затухание процессов разрушения берегов, здесь была создана узкая лесополоса на уровне НПГ, которая способствовала бы защите почв побережья от эрозии. Но уже в 1967-1968 гг. на отдельных
участках южного побережья высота клифа достигла 1.5-2 м, лесополоса была уничтожена, создалась угроза разрушения здания рыбохозяйственной организации, сооруженного у Каражантакской плотины.
Таблица. Изменение содержания водорастворимых солей в почвенном профиле в одном и том же разрезе (Р-24) в результате подтоплении побережья, %. Table. Changes of the soluble salts content under the bank waterlogging, %.
Глубина отбора образцов. см Ионы Сумма солей. %
HCO3- Cl- SO42" Ca2+ Mg2+ Na++K+
1 2 3 4 5 6 7 8
Лугово-сероземная солончаковая почва. 1966 г.
0-4 0.021 0.168 0.317 0.071 0.012 0.164 0.753
4-16 0.019 0.246 0.612 0.071 0.018 0.344 1.310
34-60 0.016 0.109 0.525 0.036 0.024 0.242 0.953
85-100 0.021 0.046 0.243 0.014 0.007 0.125 0.457
Сероземно-луговая солончаковая почва. 1973 г.
0-20 0.045 0.142 1.617 0.163 0.032 0.636 2.635
60-80 0.030 0.058 0.393 0.034 0.015 0.179 0.700
160-180 0.022 0.053 0.601 0.101 0.020 0.176 0.973
200-240 0.026 0.049 0.520 0.082 0.020 0.158 0.855
Солончак луговой. 1976 г.
0-10 0.051 0.094 3.827 0.218 0.022 1.644 5.856
10-30 0.029 0.128 1.376 0.136 0.018 0.580 2.267
30-50 0.022 0.199 0.846 0.085 0.024 0.406 1.582
70-100 0.024 0.070 0.619 0.073 0.011 0.249 1.046
125-150 0.020 0.045 0.534 0.090 0.010 0.172 0.871
175-200 0.017 0.046 1.062 0.288 0.018 0.181 1.612
Но наиболее опасный процесс абразии лессовых берегов проявился на ветроударном участке южного побережья, где размывание берега волнами создало угрозу существованию самой Бугуньской плотины. Срочные меры по закреплению берега бетонными блоками и каменной отсыпкой существенно ослабили абразию, но не прекратили ее полностью. В целом современная конфигурация берегов водохранилища сформировалась в первые 20 лет, а в последующие десятилетия абразия медленно продолжалась на самых высоких участках южного и на отдельных участках северного побережья (рис. 4, фото 1). За пятьдесят лет коренной лессовый берег отступил вследствие абразии на 200-400 м на юге водоема и на 50200 м - на севере. Следовательно, темпы разрушения берегов в среднем составили 1-8 м в год, но в первые годы после наполнения водохранилища они превышали 10 м/год, особенно на ветро- и волно-ударном участке южного побережья.
В пределах чаши водохранилища в «зоне ежегодной осушки» почвенный покров разрушается вследствие волновой деятельности. Переформирование дна водоема сопровождается размыванием почв на повышениях рельефа и накоплением осадков в понижениях.
При этом тонкие фракции почвогрунтов остаются взвешенными в воде и поступают на орошаемый массив, а осаждаются в основном крупная пыль и песок. Обширные
пространства, обнажающиеся при сработке воды на орошение в июне-октябре, имеют пустынный вид. Они покрыты тонким пылевато-песчаным чехлом, который перевеивается ветром, с крайне редкой растительностью (жантак - Alhagi pseudalhagi, скрытница камышевидная - Crypsis shoenoides), ближе к берегу иногда поселяется тамариск (Tamarix spp.).
Рис. 3. Изменение почвенного покрова на южном побережье водохранилища (створ 1). Засоление почв: 1 - незасоленные, 2 - глубоко засоленные, 3 - глубоко солончаковатые, 4 - солончаковатые, 5 -солончаковые, 6 - солончаки. Индексы почв: G1- светлые сероземы (верхние индексы: d-s - глубоко засоленные, vd-sk - глубоко солончаковатые, d-sk - солончаковатые); GM - лугово-сероземные (d-s -глубоко засоленные, vd-sk - глубоко солончаковатые, d-sk - солончаковатые, sk - солончаковые); MG - сероземно-луговые (sk - солончаковые); M - луговые; SKM - солончаки луговые; SK - солончаки (cp - корково-пухлые); SWSK - солончаки болотные. Fig. 3. Changes in soil cover at south bank of the reservoir (line 1). Soil salinity symbols: 1 - non-saline, 2 - deeply saline, 3 - very-deeply solonchakic, 4 -deeply solonchakic, 5 - solonchakic, 6 - solonchaks. Soil indexes: G1 - Light-colored greyzem (upper indexes: d-s - deeply saline, vd-sk - very deeply solonchakic, d-sk - deeply solonchakic); GM - meadow-greyzem (d-s - deeply saline, vd-sk - very deeply solonchakic, d-sk - deeply solonchakic, sk - solonchakic, MG - greyzem-meadow (sk - solonchakic); M - meadow; SKM - meadow solonchak; SK - solonchak (c-p -crusty-pudgy); SWSK - swampy solonchak.
Неравномерность сработки воды на орошение ведет к образованию микротеррас на обнажающемся дне (фото 2), вследствие чего на космических снимках (рис. 2, 4) эта территория выглядит иссеченной параллельными линиями.
Рис. 4. Абразия берегов на северном (слева) и южном (справа) побережьях Бугуньского водохранилища (Использованы космические снимки сервиса Google Maps, 2007). Fig. 4. Abrasion process at north (left) and south (right) banks of Bugun' reservoir.
Фото 1. Абразия южного берега Бугуньского Фото 2. Микротеррасирование ложа
водохранилища, 1976 г. водохранилища при сработке его уровня, 1976 г.
Photo 1. Results of abrasion process at south bank of Photo 2. Microterracing of reservoir' bed under
reservoir, 1976. level drawdown, 1976.
Выводы
1. Режим наполнения водохранилища и сработки воды на орошение существенно влияет на его взаимодействие с побережьем. Процессы абразии берегов активно происходят в течение 3-5 месяцев ежегодно, а в остальное время наблюдается переформирование ложа водоема.
2. Подтопление побережья происходит в условиях колебания уровня грунтовых вод от 10-12 м у уреза воды (при НПУ) до 1-2 м на расстоянии 5 км от берега. Соответственно, длительность активного процесса подтопления существенно различается у берега, составляя до 5 месяцев в году, и на удалении 5-6 км от него, где подтопление обусловлено совместным влиянием водоема и магистральных каналов (до 10-12 месяцев в год).
3. Скорость абразии берегов, сложенных отложениями лесса, наибольшая в первые годы наполнения водоема, составляя от единиц метров на пологих берегах до 10-20 м в год -на покатых. За первые 20 лет абразия существенно замедлилась, оставаясь значительной лишь на ветро- и волно-ударном склоне. Средняя скорость берегов за 50 лет составила 18 м/год в зависимости от рельефа побережья.
4. Засоление почв существенное лишь на участках выклинивания фильтрационных вод и при подпоре грунтовых вод в нижнем бьефе Бугуньской и Каражантакской плотин. Содержание солей в почвах этих участков достигает 300-500 т/га в слое 0-2 м.
5. Переформирование ложа водохранилища в период сработки воды на орошение сопровождается микротеррасированием, вымыванием илистых частиц и выносом их с оросительными водами, преимущественным накоплением крупной пыли и песка, последующим иссушением и частичным развеванием ветром. Слабое зарастание зоны осушки происходит очень медленно и достигло за 50 лет полосы до 200 м на южном побережье и до 400 м - на более пологом северном. Древесная растительность у уреза воды при НПГ (естественная и насаждаемая) сформировалась лишь фрагментарно, преимущественно на слабопологих склонах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алекин О.А. 1960. Водохранилища аридной зоны и факторы их засоления / Проблема засоления почв
и водных источников. М.: Наука. С. 14-23. Водохранилища и их воздействие на окружающую среду. 1986. М.: Наука. 368 с. Водохранилища мира / Авакян А.Б., Шарапов В.А., Салтанкин В.П. и др. 1979. М.: Наука. 288 с. Стародубцев В.М. 1977. Почвенно-мелиоративные процессы в зоне влияния водохранилищ //
Проблемы освоения пустынь. № 6. С. 18-26. Стародубцев В.М. 1986. Влияние водохранилищ на почвы. Алма-Ата: Наука. 296 с. Халматов З. 1969. Формирование берегов в зоне ежегодной сработки водохранилищ // Гидрогеология
и инженерная геология аридной зоны СССР. Ташкент: Фан. Вып.10. Ч.1. С. 39-48. Эйнисман А.С. 1976. О влиянии водохранилищ на мелиоративное состояние земель // Природно-
мелиоративная характеристика Средней Азии и Казахстана. Пущино: Наука. С. 99-106. Dams and the World's Water. 2007. ICOLD, France. 68 p. (www.icold-cigb.org).
Dams and Development: A New Framework for Decision-Making. 2000. The Report of the World Commission on Dams. WCD (World Commission on Dams). London, Earthscan Publishing. 32 р. (http://www.dams .org; http://www.earthscan.co.uk). Proceedings of the dams and development forum meetings. 2002. UNEP-DDP. Nairobi. 42 p. 2004. 55 p.
(http://www.unep-dams.org). Starodubtsev V.M., Fedorenko O.L., Petrenko L.R. 2004. Dams and Environment: Effects on Soils. Kyiv: Nora-Print. 84 p.
IMPACT OF THE BUGUN WATER RESERVOIR ON THE COASTS OVER THE PERIOD OF 50 YEARS
© 2012. V.M. Starodubtsev
National University of Bioresources and Natural management Ukraine, 03041 Kiev, Geroyiv Oborony str., 15. E-mail: [email protected] Long-term effects of the irrigational Bugun' reservoir in Central Asia on ecologic-ameliorative state of coastal landscapes has been studied. High-resolution space imagery Quick Bird from the cartographic service Google Maps and retrospective analysis of the field and laboratory research carried out in 60-70s were used for this goal.
Keywords: water reservoir, space imagery, waterlogging, salinization, abrasion.
