CC BY
6УДК 556.3(574); 614.8
П. А. Плеханов1, И. В. Шенбергер2, Н. Н. Медеу3
1К.г.н., главный научный сотрудник (Институт географии, Алматы, Казахстан) 2Магистр, заместитель начальника отдела водных ресурсов и нормирования (ТОО «Казахстанское агентство прикладной экологии», Алматы, Казахстан) 3Магистр, младший научный сотрудник (Институт географии, Алматы, Казахстан)
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЗАТОПЛЕНИЙ И НАВОДНЕНИЙ В БАССЕЙНЕ РЕКИ ЕСИЛЬ
Аннотация. Предложена логическая модель факторной обусловленности формирования затоплений и наводнений в бассейне реки Есиль. Исследовано на теоретическом уровне общее влияние основных условий подстилающей поверхности на возникновение и развитие затоплений и наводнений. Определены наиболее благоприятные составляющие каждого из них. Предложены некоторые пути по снижению риска затоплений и наводнений в бассейне реки Есиль в сфере регулирования факторов подстилающей поверхности.
Ключевые слова: затопление, наводнение, основные факторы затоплений и наводнений, постоянно действующие факторы, благоприятные условия для затоплений и наводнений.
Введение. Затопления и наводнения в бассейнах рек случаются только там, где для этого имеются благоприятные условия подстилающей поверхности.
В Центральном и Северном Казахстане, в том числе в бассейне реки Есиль, первые и последние комплексные исследования водных ресурсов, включая изучение максимального стока и условий подстилающей поверхности его формирования, с проведением крупномасштабных полевых работ были осуществлены во второй половине 1950-х годов [22-24]. В течение последних более 60 лет условия подстилающей поверхности по формированию максимального стока, затоплений и наводнений в бассейне реки Есиль существенно изменились. Кроме того, появились новые данные, полученные с помощью ДЗЗ и ГИС-технологий. В связи с изложенным повторное комплексное исследование условий подстилающей поверхности в бассейне реки Есиль на новом более высоком научном уровне стало не только возможным, но необходимым в особенности по причине активизации здесь катастрофических наводнений.
Цель исследований. Теоретическая оценка состояния и роли факторов подстилающей поверхности в возникновении и развитии затоплений и наводнений в бассейне реки Есиль на основе анализа опубликованных и фондовых данных, а также материалов собственных рекогносцировочных обследований бассейна реки в 2014 и 2018 гг. Предполагается, что статья явится также одним из оснований при организации и проведении в будущем полевых исследований для выявления количественных показателей влияния факторов подстилающей поверхности на максимальный сток и, как следствие, формирования затоплений и наводнений.
Анализ исследований и публикаций по теме. Отдельные вопросы вредного воздействия вод, анализа и учета действий факторов по формированию затоплений и наводнений, в том числе по исследуемому региону, рассмотрены во многих публикациях [1, 2, 5-10, 12, 15-21, 25-28, 30-34]. При этом комплексное пространственно-временное исследование причин и условий затоплений и наводнений в бассейне реки Есиль ранее не проводилось.
Методы исследований. Проведен системный логический анализ возможного влияния постоянно действующих факторов - условий подстилающей поверхности на возникновение экстремальных гидрологических явлений - затоплений и наводнений на качественном уровне с возможным привлечением фактических материалов.
Общая характеристика бассейна. Бассейн реки Есиль расположен в центральной и северной частях Казахстана в Карагандинской (истоки), Акмолинской и Северо-Казахстанской областях (верхнее и среднее течение), а также на территории России (бассейн реки Ишим) в Омской и Тюменской областях (нижнее течение).
В России река Ишим (Есиль) впадает в реку Ертис, являясь ее левым, самым большим по длине притоком. Площадь бассейна реки Есиль в Казахстане составляет 147,04 тыс. км2 [29], а длина реки - от истоков до границы с Россией - около 1800 км, в том числе по Карагандинской области - около 90 км, Акмолинской - около 1030 км и Северо-Казахстанской - около 680 км.
В Казахстане река Есиль и ее притоки являются активными источниками затоплений и наводнений практически на всем их протяжении от верховий до нижнего течения рек. В настоящее время эти опасные явления - особенность бассейна реки, однако они случались здесь и в прошлом. Так, в литературе имеются, например, сведения о больших разливах реки Ишим в XIX веке при половодьях, когда весенние воды перекрывали Сибирский тракт, и периодичность этих затоплений тогда оценивалась частотой не менее одного раза в 10 лет [7].
В последние десятилетия и в особенности начиная с 2000-х годов затопления и наводнения на Есиле в Казахстане участились с одновременным ростом их ущербности. Об этом можно судить, например, по оперативным данным гидрометеорологической службы Казахстана (начиная с середины 1960-х годов) и данным Комитета по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан (начиная с 1992 года - года создания этого комитета), которые свидетельствуют, что за последние 40-50 лет в бассейне реки Есиль возникло не менее 20 крупных наводнений, то есть с частотой уже около 1 раза в 2-3 года.
Последствиями многих произошедших наводнений в бассейне р. Есиль были, как правило, значительные ущербы, связанные с разрушениями и подтоплениями жилых, социальных и производственных зданий, инфраструктурных и гидротехнических объектов и сооружений, а также экономические потери, обусловленные вынужденными затратами на обязательные подготовительные и оперативные мероприятия, в том числе на спасение людей, домашних животных, мобильной техники и т. п.
К сожалению, полных и систематизированных данных по ущербам от наводнений по бассейну реки Есиль, так же, как и сведений о самих наводнениях по этому региону, нет. Это существенно осложняет выявление закономерностей возникновения наводнений в исследуемом регионе. В связи с этим для системного понимания значения условий подстилающей поверхности в возникновении и развитии затоплений и наводнений авторами первоначально разработана целостная логическая модель факторной обусловленности этих явлений (рисунок 1).
Факторная обусловленность затоплений и наводнений. Согласно разработанной модели для бассейна реки Есиль выделяются шесть основных комплексных факторов затоплений и наводнений, к которым отнесены:
1. Постоянно действующие факторы или факторы подстилающей поверхности.
2. Сезонно действующие факторы или гидрометеорологические условия осенне-зимнего периода.
3. Текущие факторы периода снеготаяния или гидрометеорологические условия фазы формирования и прохождения половодья на реке.
4. Случайные факторы.
5. Антропогенные факторы.
6. Медленно действующие факторы или факторы изменения климата и окружающей среды.
Каждый комплексный фактор включает в себя множество составляющих, число которых
формально не ограничено и определятся субъективно исходя из опыта исследователя и наличия у него информации. Например, для бассейна реки Есиль нами выделено 28 составляющих для 6 комплексных факторов (см. рисунок 1).
Рассмотрим влияние постоянно действующих факторов или факторов подстилающей поверхности на формирование затоплений и наводнений в рамках созданной целостной логической модели.
Географическое положение бассейна реки Есиль. Бассейн реки Есиль расположен вдали от океанов в координатах 50°157 - 55°257 с.ш. и 65°307 - 73°257 в.д. Такое положение обеспечивает в регионе наличие резко континентального климата, что предопределяет высокую изменчивость типов и масштабов возникающих в бассейне затоплений и наводнений.
Значительная протяженность региона с севера на юг - около 600 км и с запада на восток -около 500 км обусловливает действие на его территории как зональных, так азональных факторов.
Основные факторы формирования затоплений и наводнений в бассейне р. Есиль
1. Постоянно 2. Сезонно 3.Текущие фак- 4. Случайные 5. Антропогенные 6. Медленно
действующие действующие торы периода факторы: факторы: действующие
факторы или факторы или снеготаяния или 4.1) заторы 5.1) распашка и факторы или
факторы гидрометеороло- гидрометеороло- льда при залесение терри- факторы изме-
подстилающей гичекие условия гические условия ледоходе; торий; нения климата
поверхности: осенне-зимнего фазы формирова- 4.2) размы- 5.2) строительство и и окружающей
1.1) географи- периода: ния и прохожде- вы водоза- эксплуатация ГТС, среды:
ческое поло- 2.1) осеннее ния половодья на щитных водорегулирование, 6.1) рост и из-
жение терри- увлажнение; реке: дамб; водопотребление и менение режи-
тории; 2.2) количество 3.1) температура 4.3) прорывы водоотведение; ма температу-
1.2) рельеф; атмосферных воздуха и ее коле- озер, плотин 5.3) стеснение русел ры воздуха;
1.3) почвы и осадков в бания; водохрани- рек инженерными колебания
растительность; зимний период; 3.2) атмосферные лищ и сооружениями, гор- сумм выпа-
1.4) гидрография 2.3) глубина осадки в период прудов; ными отвалами и дающих
и русловые промерзания снеготаяния 4.4) аварий- мусором; атмосферных
условия; почвогрунтов; (твердые, жидкие, ные сбросы 5.4) необоснованное осадков;
1.5) гидрогео- 2.4) запасы воды смешанные); воды из во- освоение потен- 6.3) явления
логические в снеге, структу- 3.3) дружность дохранилищ циально затопляе- опустынивания
условия ра и распределе- весны; и др. мых территорий; территорий;
1.6) водохрани- ние снежного 3.4) сроки начала и 5.5) истощение 6.4) мигра-
лища, озера и др. покрова в бас- окончания периода поверхностных и ционные про-
сейне к началу снеготаяния и др. подземных водных цессы населе-
периода снего- ресурсов ния и др.
таяния и др.
Возникновение затоплений и наводнений Рисунок 1 - Логическая модель факторной обусловленности затоплений и наводнений в бассейне р. Есиль Действие зонального фактора выражается в том, что:
на севере региона распространены лесостепи и степи, а на юге преобладают полупустыни; весенние, летние и зимние температуры воздуха по региону имеют тенденцию к увеличению при продвижении с севера на юг в среднем на 1—2 °С;
увлажнение с севера на юг, напротив, снижается, например, в среднем за год от 300-350 до 200-250 мм и др. [13].
Азональность в изменениях природных условий в регионе проявляется слабее, главным образом в возрастании степени континентальности климата в юго-восточном направлении по пути движения основных влагонесущих воздушных масс из Северной Атлантики.
Логично предположить, что географическое положение бассейна создает следующие благоприятные условия для возникновения наводнений:
большая протяженность бассейна по широте в средней части реки на юге обусловливает возможности единовременного и большого поступления талой воды в русловую сеть из однородной широтной зоны на большом ее протяжении;
большая протяженность нижней части бассейна с севера на юг обусловливает возможность появления эффекта наложения транзитных высоких вод, сформированных в верхних и средних частях бассейна, на высокие воды, сформированные позднее на севере бассейна, где причинами сдвига периода снеготаяния является зональность климата, а также наличие лесной растительности в северной части бассейна, которая, как известно, задерживает сроки снеготаяния.
Рельеф бассейна реки Есиль. Река Есиль образуется при слиянии нескольких безымянных ручьев у подножия горы Нияз (814 м) на высоте 600-700 м над ур. м., а на границе с Россией минимальный уровень воды в реке составляет около 75 м над ур. м. Таким образом, общий перепад высоты в реке Есиль по Казахстану равен более 700 м.
Бассейн реки Есиль в соответствии с Постановлением Правительства РК № 200 от 08.04.2016 разделен на 5 водохозяйственных участков (ВХУ) исходя из их значимости в водохозяйственном комплексе и с учетом современных подходов интегрированного управления водными ресурсами (таблица 1).
Таблица 1 - Водохозяйственно-административное деление в бассейне р. Есиль [29]
№ ВХУ Замыкающий створ ВХУ на р. Есиль Расстояние от устья реки, км ВХУ Площадь ВХУ, тыс. км2
Створ Н, м над ур. м.
1 Нижний бьеф Астанинского вдхр. 380 2290 Исток - Астанинское вдхр. 4,94
2 Устье р. Жабай 265 1786 Астанинское вдхр. - устье р. Жабай 40,50
3 Гидрологический пост «Каменный карьер» 202 1416 Устье р. Жабай - граница Акмолинской и Северо-Казахстанской областей 48,47
4 Нижний бьеф Сергеевского вдхр. 117 1079 Граница Акмолинской и Северо-Казахстанской областей -Сергеевское вдхр. 19,27
5 Граница РК и РФ 76 627 Сергеевское вдхр. - граница РК и РФ 33,85
Всего по бассейну р. Есиль 147,03
Анализ показывает, что в целом водохозяйственно-административное деление бассейна реки Есиль соответствует имеющимся в нем природным различиям. Так, ВХУ 1 охватывает горную часть бассейна на высоте 380-814 м; ВХУ 2 включает часть бассейна, расположенную на равнинной северо-западной окраине Казахского мелкосопочника на высоте 265-380 м; ВХУ 3 и 4 охватывают переходные зоны от Казахского мелкосопочника к Северо-Казахстанской равнине на высотах 117-265 м, а ВХУ 5 включает территории с плоским рельефом, являющиеся генетическим продолжением Западно-Сибирской низменности на высотах 75-117 м. На рисунке 2 показаны типовые ландшафты долины реки Есиль в различных ее частях.
А
Б
Г
Рисунок 2 - Река Есиль: А - верховья у с. Приишимское (Осакаровский район);
Б - среднее течение у с. Тимашевка (Атбасарский район); Г - нижнее течение у с. Красный Яр на границе с Россией
О пространственно-высотном положении бассейна реки Есиль и степени расчлененности рельефа в ее бассейне можно судить также по продольному профилю реки (рисунок 3), по нарастанию площади бассейна вниз по течению реки (рисунок 4), по физико-географическим картам региона (рисунки 5, 6) и карте наклонов земной поверхности в бассейне реки Есиль (рисунок 7).
Как следует из рисунка 3, по уклонам реки в бассейне объективно выделяются 4 характерных участка: 1 - верхний горный участок (ВХУ 1), расположенный в среднем на высотах от 380 до 814 м на протяжении реки около 135 км и средним уклоном реки около 3,2 °/оо; средний равнинный участок (ВХУ 2, 3), находящийся на высотах от 202 до 380 м на протяжении реки около 875 км и средним уклоном реки 0, 20 °/оо; переходный равнинный участок (ВХУ 4), расположенный в диапазоне высот 117-202 м на протяжении около 340 км и средним уклоном 0,25 °/оо, и низинный участок (ВХУ 5), расположенный на высотах 75-117 м на протяжении реки 450 км и средним уклоном 0,09 °/оо.
Рисунок 4 - Увеличение площади бассейна р. Есиль по длине реки от истоков до границы с Россией
По данным рисунка 4 также вдоль реки выделяются 4 характерных участка, но несколько в других границах: 1 участок - верхний горно-равнинный (ВХУ 1-2) - прирост водосборной площади 37 км2/км; 2 участок - средний равнинный (ВХУ 2-3) - прирост 110 км2/км; 3 участок -переходный равнинный (ВХУ 4) - прирост 44 км2/км; 4 участок - низинный (ВХУ 5) - прирост 27 км2/км.
Совместный анализ графиков на рисунках 3 и 4 ясно показывает, что при комплексном обеспечении безопасности территорий от затоплений и наводнений обязательно необходимо учитывать гипсометрические и водосборные характеристики различных участков в бассейне.
Очевидные различия в рельефе верхней, средней и нижней частей бассейна Есиль показывают его физические карты. Так, согласно карте рельефа, созданной РГП «Казгидромет» для верхней части бассейна [35] (см. рисунок 5), хотя и в нестандартных интервалах, четко проявляется распределение площадей бассейна по высоте места ориентировочно в следующих значениях: от 406 до 523 м - 40%; от 523 до 581 м - 40 %; от 581 до 640 м - 15 % и от 640 до 814 м - 5 % при средневзвешенной высоте водосбора 532 м над ур. м.
В другой, большей части бассейна, высотная зональность отсутствует [13] (см. рисунок 6), и здесь отмечается несложное, выровненное однотипное строение рельефа, который плавно снижается от верховий вначале в западном, а затем в северном направлениях, переходя в низины Северо-Казахстанской равнины на высотах от 380 до 75 м на протяжении более 1600 км.
ШКАЛА ГЛУБИН И ВЫСОТ Б МЕТРАХ
: i i i i i i г~
100 200 300 500 700 1000 1SOO
Рисунок 6 - Физическая карта бассейна реки Есиль (участки ВХУ 1-5) [вырезка из 13]
Общее распределение площадей в бассейне по высотным интервалам характеризуется следующими показателями: в диапазоне 400-814 м расположено около 4%, 300-400 м - 27%; 200-300 м - 33% и 75-200 м - 36% территории бассейна. Таким образом, бассейн Есиля можно считать практически равнинным водосбором, что позволяет при общих расчетах максимального стока не учитывать влияние рельефа на распределение полей гидрометеорологических параметров.
Исключительно равнинный и плоский характер территории бассейна реки Есиль характеризуется также данными карты уклонов бассейна (см. рисунок 7), согласно которой 3-4 % площадей бассейна имеют уклоны до 0,1°; свыше 90% - до 1,0° и только 5-6% - до 5,0°. Эти условия благоприятны для одновременного таяния сезонного снежного покрова на больших однородных площадях и не способствуют быстрому отводу талой воды с элементарных участков водосбора, русловой и речной сети, что обусловливает локальные чрезвычайно опасные скопления воды или затопления местности.
Укпоны поверхности земли, градусы
I-1 I-1 I-1 I-1 1-1 I-1 I-1
О 0,01 -0,1 0,11 - 1 1,01 -5 5,01 -10 10,01 -20 20,01 -40 40,01 - 100
Рисунок 7 - Карта уклонов земной поверхности в бассейне реки Есиль (подготовил И.В. Шенбергер)
Как известно, скопления талой воды или, другими словами, затопления и наводнения происходят прежде всего на участках, имеющих близкие к нулевым уклоны. Наибольшую опасность эти скопления воды представляют в долинах рек в местах расположения населенных пунктов. Такая ситуация характерна для ВХУ 2-3, где отмечаются минимальные уклоны реки до 0,2 °/оо и относительно высокая боковая приточность 110 км2/км (прирост площадей водосбора). Как раз на этих участках, согласно статистике, наиболее часто и происходят наводнения.
Особенности рельефа в бассейне р. Есиль обусловливают следующие благоприятные условия для формирования наводнений:
в горной наветренной части бассейна создаются условия для повышенного снегонакопления в зимний период, что увеличивает вероятность формирования высоких весенних половодий;
плоский характер рельефа на большей части бассейна способствует высокому и единовременному поступлению талой воды с относительно значительных площадей водосбора;
наличие относительно горизонтальных участков поверхности в бассейне и в особенности в руслах рек является причиной замедления оттока талой воды с территорий бассейна и повышения ее уровня в затопляемых зонах;
интенсивная боковая приточность на участках, имеющих малые уклоны, усиливает экстремальность наводнений в русле главной реки и устьях притоков.
Почвогрунты и растительность. Они являются одними из значимых компонентов условий подстилающей поверхности, участвующих в формировании стока на водосборе, возникающего при таянии снежного покрова или выпадении жидких атмосферных осадков.
Согласно Национальному атласу Республики Казахстан [13], в южной части бассейна реки Есиль распространены сухостепные темно-каштановые почвы (до 40%). На севере водосбора, а также в предгорных и горных районах бассейна почвенный покров представлен различными типами черноземов (свыше 50%). В поймах реки Есиль и ее крупных притоках развиты пойменные луговые почвы (до 5%), примерно столько же приходится на солонцы.
Мощность почвенного покрова на большей части территории бассейна в основном не превышает 0,5-0,7 м, ниже почвенного покрова, как правило, залегают глинистые водоупорные слои грунта, препятствующие глубокому проникновению поверхностных вод в рыхлые отложения и формированию подземных вод. Общей особенностью всех почвогрунтов в бассейне реки Есиль является существенное наличие суглинистых фракций [22-24], что обусловливает их низкие фильтрационные способности.
Растительность на степных пространствах в естественных условиях представлена типчаково-ковыльным травянистым покровом. Поймы рек в бассейне повсеместно заняты густыми зарослями кустарников и ивовых деревьев. Эта растительность является одной из причин образования подпоров воды в руслах рек во время половодий и паводков, усиливая эффекты затоплений наводнений в бассейне.
В районе Кокшетауской возвышенности и на севере бассейна встречаются отдельные залесенные участки, представленные березово-осиновыми колками и сосновыми лесами, играющими определенную роль в задержании снеготаяния.
В настоящее время до 90% степей и лесостепей в бассейне реки Есиль распаханы. Влияние распашки земель на сток, в том числе на максимальный, в регионе практически не исследовано, однако можно предположить, что искусственно преобразованное состояние степей, вероятно, слабо влияет на снижение максимальных модулей стока в нерусловых условиях, что требует подтверждения на основании проведения натурных исследований.
Почвогрунты и растительность обусловливают следующие благоприятные условия для возникновения наводнений:
высокое содержание суглинистых фракций в почвогрунтах и наличие глинистых водоупоров ниже почвенных горизонтов создают условия для малых потерь талого стока на фильтрацию и пополнение запасов подземных вод;
густая кустарниковая растительность в руслах рек повышает их шероховатость и содействует созданию дополнительных подпоров воды.
Гидрографические условия. Гидрографические характеристики бассейна реки Есиль исследовались на основе топографических карт М 1 : 500 000 и М 1 : 1 000 000, а также по данным
натурных рекогносцировочных обследований участка реки от истоков до устья реки Жабай, проведенных в мае-июне 2017 г. и ранее - в 2014 г. - на всем протяжении реки.
Река Есиль (от истоков до границы с Россией) согласно действующему в СНГ ГОСТ 19179-73 -«Гидрология суши» по критерию «площадь водосбора» (более 50 000 км2) относится к категории больших рек, хотя водные ресурсы этой реки незначительны - около 2,48 км3/год [11].
Форма бассейна реки Есиль сложная. В истоках или в горной части (ВХУ 1) ее водосбор практически симметричен по левобережным и правобережным частям водосбора и боковым притокам, и русло имеет общее северо-западное направление. Далее река сохраняет это направление вплоть до г. Астаны, а затем поворачивает на запад. Ниже Астанинского водохранилища на протяжении около 300 км река Есиль не принимает существенных притоков, а после собирает многоводные правобережные притоки, берущие начало с южного макросклона Кокшетауской возвышенности: Калкутан, Жабай, Жаман Кайракты. Ниже уже с левого берега в реку Есиль впадает маловодная непересыхающая река Терисаккан.
После впадения в главную реку Жаман Кайракты река Есиль плавно меняет направление с западного на юго-западное, а затем у г. Державинска резко поворачивает на север, и далее уже собирает многоводные притоки вновь с правого берега, стекающие уже с западной периферии Кокшетауской возвышенности: Кызылсу, Акканбурлык, Иманбурлык и др.
Ниже Сергеевского водохранилища Есиль уже практически транзитом течет вплоть до границы с Россией. Всего река на всем протяжении принимает 77 левобережных и 67 правобережных притоков первого порядка (от русла главной реки) с протяженностью более 25 км (всего 144 притока). Перечень наиболее крупных бассейнов притоков приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Гидрографические данные об основных притоках р. Есиль
№ п/п Река (приток) Место впадения притока Длина реки (притока), км
расстояние от устья, км высота (м) над ур. м берег
1 Жиланды* 2427 480 Левый 25
2 Бала-Батпак* 2423 477 Левый 30
3 Батпак* 2420 475 Левый 35
4 Каргалы 2 405 460 Правый 45
5 Шортанды* 2 380 430 Правый 40
6 Шылынзы* 2 370 425 Правый 30
7 Мойылды 2 310 404 Правый 60
8 Калкутан (с притоком Аршалы) 1 805 270 Правый 175+(105)
9 Жабай (с притоками Ашыры, Сакырым, Жыланды) 1 785 265 Правый 140+(50+80+110)
10 Жаман Кайракты 1 735 255 Правый 80
11 Терисаккан 1 675 245 Левый 150
12 Кызылсу 1 460 210 Правый 80
13 Акканбурлык 1 240 150 Правый 175
14 Иманбурлык 1 100 138 Правый 140
Всего 1 550
*Многоводные пересыхающие реки.
Без специальных полевых исследований невозможно оценить роль каждого из притоков в формировании наводнений как в руслах самих притоков, так и в русле главной реки.
Общий вид речной сети бассейна реки Есиль показан на рисунке 8. Как видно из него, бассейн Есиля в целом представляет собой извилистый, относительно узкий (в среднем 81,7 км), но расширенный в среднем течении (200-250 км) бассейн, где отмечаются самые малые уклоны поверхности бассейна, сосредоточенно впадают многоводные притоки, и долина реки имеет широтное простирание. Все эти условия в комплексе создают благоприятный синергетический
эффект для стимулирования затоплений и наводнений в среднем течении реки. На других участках Есиля гидрографические особенности в меньшей степени влияют на закономерности наводнений. В верховьях реки основным из условий подстилающей поверхности, обусловливающим наводнения, вероятно, является горный характер местности, а в низовьях - крайне малые общие уклоны долины реки, резко снижающие пропускные возможности русловых водных потоков.
Рисунок 8 - Общий вид гидрографической сети в бассейне реки Есиль в Республике Казахстан
(подготовил И. В. Шенбергер)
Таким образом, значимыми благоприятными гидрографическими условиями, влияющими на возникновение наводнений в бассейне реки Есиль, можно назвать географическое направление течения реки, рельеф, форму и размеры участков водосбора, а также сосредоточенность и водность впадающих в главную реку ее притоков.
Гидрогеологические условия. На большей части поверхности бассейна Есиля широко распространены глинистые и суглинистые почвогрунты, что препятствует интенсивной фильтрации поверхностных вод в толщи подстилающей поверхности, следовательно, этот фактор не может рассматриваться как замедляющий для формирования экстремальных пиков водности. Более или менее ощутимые запасы подземных вод формируются в бассейне лишь на горных участках: на Кокшетауской возвышенности, в горах Ерментау и др. [22-24].
Водохранилища и озера. По данным ПК «Казгипроводхоз» в настоящее время в Есильском водохозяйственном бассейне (ВХБ) функционируют 44 водохранилища комплексного назначения с общим объемом 1,57 млн м3 [11] . Самыми крупными водохранилищами в ВХБ являются:
Астанинское: объем полный - 410,9 млн м3, в том числе полезный - 375,4 млн м3 (рисунок 9, А);
Селетинское: соответственно 230,0 и 220 млн м3;
Сергеевское: соответственно 693 и 635 млн м3.
Кроме того, к крупнейшим водоемам на реке Есиль (ежегодно временно заполняемых) относится также Астанинский контррегулятор весенних половодий с полным объемом 450 млн м3 (см. рисунок 9, Б) [4]. Правда в последние годы этот контррегулятор в связи с ненадежным состоянием подпорной дамбы искусственного водоема заполняется далеко не полностью.
Рисунок 9 - Плотина Астанинского водохранилища (А); сбросовый створ на дамбе Астанинского контррегулятора паводковых вод в бассейне р. Есиль у г. Астаны (Б)
В Есильском ВХБ насчитывается 1515 естественных озер различных размеров. Большая часть из них расположена на равнинных территориях. В среднем озерность территории региона оценивается с учетом площадей крупных озер в 2-3%, а без них - в 1-2% [22-24]. Суммарная емкость, а тем более их роль в регулировании волн половодья вовсе не исследованы.
Случаи произошедших катастрофических наводнений в бассейне реки Есиль в 2017 г. убедительно доказывают, что регулирующие возможности как искусственных, так и естественных водоемов крайне недостаточны для обеспечения безопасности от затоплений и наводнений в регионе. Эти возможности следует оценить на основе натурных исследований в бассейне.
Выводы:
1. Условия подстилающей поверхности являются одним из высоко значимых факторов для формирования затоплений и наводнений в бассейнах рек.
2. Бассейн реки Есиль по многим условиям подстилающей поверхности весьма благоприятен для формирования затоплений и наводнений.
3. Роль условий подстилающей поверхности в формировании затоплений и наводнений на количественной основе для бассейна реки Есиль практически не изучена.
4. В целях радикального решения проблемы борьбы с затоплениями и наводнениями в бассейне реки Есиль на первом этапе требуется проведение полномасштабных полевых исследований условий подстилающей поверхности.
Статья подготовлена в ТОО «Институт географии» в рамках грантового проекта МОН РК № АР05135407 «Борьба с опасными гидрологическими явлениями (наводнениями) в бассейне реки Есиль (Акмолинская и Северо-Казахстанская области) в условиях меняющегося климата».
ЛИТЕРАТУРА
[1] Авезова А. Угроза наводнений в половодье на реках Западного, Северного, Центрального и Восточного Казахстана: Автореф. дис. ... к.г.н.. - Бишкек, 2013. - 23 с.
[2] Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций Республики Казахстан. - Алматы, 2010. - 264 с.
[3] Ашенов Г.А. Краткая информация по Ишимскому гидрографическому бассейну. Проект ПРООН «Разработка национального плана по ИУВР и водосбережению в Казахстане». Компонент: создание бассейновых советов. - Астана, 2007. - С. 8-10.
[4] Баймолдаев Т.А., Виноходов В.Н. Казселезащита - оперативные меры до и после стихии. - Алматы, 2007. -284 с.
[5] Бурлибаев М.Ж., Волчек А.А., Калинин М.Ю. и др. Чрезвычайные ситуации в природной среде (мониторинг, прогноз, предупреждение). - Алматы, 2011. - 356 с.
[6] Временная методика оценки убытков от последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Утверждена Постановлением Кабинета Министров Украины от 15 февраля 2002 г., № 175. Нормативная и методическая база стран СНГ по проблемам чрезвычайных ситуаций. - М., 2003. - С. 434-465.
[7] Гальперин Р.И. Высокие уровни воды на реках равнинного Казахстана. - Алматы, 1994. - 172 с.
[8] Гальперин Р.И., Авезова А. Максимальные расходы воды на казахстанском участке р. Есиль // Вопросы географии и геоэкологии. - Алматы, 2012. - № 1. - С. 40-44.
[9] Гальперин Р.И., Авезова А., Медеу Н. Н. Много воды - тоже плохо // Вопросы географии и геоэкологии. -Алматы, 2016. - № 1. - С. 1-12.
[10] Епихин А.В., Паначев С.В., Резников В.М. и др. Мониторинг чрезвычайных ситуаций с использованием средств для дистанционного зондирования Земли космического базирования. - М., 2001. - С. 176-192.
[11] Кипшакбаев Н.К. Приоритетные проблемы бассейна реки Есиль. Современные проблемы Ишимского бассейна. Проект ПРООН «Разработка национального плана по ИУВР и водосбережению в Казахстане». Компонент: создание бассейновых советов. - Астана, 2007. - С. 11-13.
[12] Методические рекомендации по оценке рисков опасных природных процессов и их воздействия на население и территорию на местном уровне. Проект ПРООН в РК и МЧС РК DIPECHOYII "Снижение рисков бедствий на основе сообществ в Юго-Восточном и Восточном Казахстане". - Астана. 2013. - 28 с.
[13] Национальный атлас Республики Казахстан. Т. 1. Природные условия и ресурсы. - Алматы, 2010. - 150 с.
[14] Национальный ситуационный анализ безопасности территорий Республики Казахстан от природных и техногенных бедствий (методические основы). - Астана, 2015. - 92 с.
[15] План подготовленности Республики Казахстан к чрезвычайным ситуациям природного характера. - Астана, 2015. - 304 с.
[16] Плеханов П.А. Закономерности чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера // Гидрометеорология и экология. - Алматы, 2004. - № 3. - С. 120-133.
[17] Плеханов П. А., Бреусов Н.Г., Гальперин Р.И. и др. Отчет о научно-исследовательской работе: «Создать ГИС наземно-космического мониторинга и прогнозирования риска катастрофических наводнений на трансграничных реках Казахстана (Сырдарья, Иртыш, Урал). № ГР 0106РК01188. Инв.№ 0208РК00299. - Алматы, 2007 (часть 1. - 218 с., часть 2 - 90 с.).
[18] Плеханов П.А. Методические рекомендации оценки степени опасности наводнений в Казахстане // Информационно-методический сборник материалов по чрезвычайным ситуациям и гражданской обороне. - Алматы, 2011. -Вып. № 1(45). - С. 80-90.
[19] Плеханов П.А., Раюшкин Б.В. Проблемы безопасности прудов и водохранилищ в Казахстане // Экологическая безопасность промышленных регионов: Мат-лы II Уральского международного экологического конгресса. -Екатеринбург; Пермь, 2011. - С. 103-107.
[20] Плеханов П.А. Методологические аспекты оценки рисков экстремальных гидрологических явлений в Казахстане // Водные ресурсы Центральной Азии и их использование: Мат-лы международной научно-практической конференции, посвященной подведению итогов объявленного ООН десятилетия «Вода для жизни», г. Алматы, Казахстан, 22-24 сентября 2016 года. Книга 2. - Алматы, 2016. - С. 414-422.
[21] Проблемы загрязнения основных трансграничных рек Казахстана. Т. 2. Бассейны рек Есиль и Тобыл. Казахстанское агентство прикладной экологии / М.Ж. Бурлибаев, И.В. Шенбергер, Д.М. Бурлибаева и др. / Под ред. М. Ж. Бурлибаева. - Алматы, 2017. - 552 с.
[22] Ресурсы поверхностных вод целинных и залежных земель. Вып. I. Акмолинская область Казахской СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1958. - 790 с.
[23] Ресурсы поверхностных вод целинных и залежных земель. Вып. III. Кокчетавская область. - Л.: Гидрометео-издат, 1959. - 562 с.
[24] Ресурсы поверхностных вод целинных и залежных земель. Вып. V. Северо-Казахстанская область. - Л.: Гидро-метеоиздат, 1958. - 420 с.
[25] Руководство для органов местного самоуправления по оценке опасности, уязвимости и риска стихийных бедствий. Проект ПРООН "Внедрение управления рисками стихийных бедствий в процессе децентрализации в Кыргызстане". - Бишкек, 2009. - 44 с.
[26] Руководство по оценке и картированию рисков для обеспечения готовности к стихийным бедствиям. Европейская комиссия. Рабочий документ сотрудников комиссии. - Брюссель, 21.12.2010. SEC (2010) 1626. - 42 с.
[27] Руководство по региональной оценке риска стихийных бедствий на территории Республики Таджикистан. -Ашхабад, 2011. - 69 с.
[28] Система раннего оповещения в случае наводнения. - МФО МККиКП, 1994 г. (с Твердовский A.KOAS/ODSMA). Издано при финансовой поддержке ЕС-ПРООН с участием ОО "ОКП РК". - 66 с.
[29] Твердовский А.И. Комплексное использование водных ресурсов бассейна реки Есиль. Проект ПРООН «Разработка национального плана по ИУВР и водосбережению в Казахстане». Компонент: создание бассейновых советов. -Астана, 2007. - С. 14-24.
[30] Шенбергер И.В. Вопросы обмена информацией в водохозяйственном секторе РК и создание единой государственной информационно-аналитической системы. Проект ПРООН «Разработка национального плана по ИУВР и водосбережению в Казахстане». Информационный бюллетень «Современные проблемы Ишимского бассейна». - Алматы, 2007. - С. 73-76.
[31] Шенбергер И.В. Основы создания геопространственной информационной системы по экстремальным гидрологическим явлениям // Мат-лы международной научно-практической конференции, посвященной подведению итогов объявленного ООН десятилетия «Вода для жизни»: «Водные ресурсы Центральной Азии и их использование». 22-24 сентября 2016 г. Кн. 1. - Алматы, 2016. - С. 194-199.
[32] Шенбергер И.В., Плеханов П.А. Экстремальные гидрологические явления в Казахстане и типовые варианты их возникновения и развития // Мат-лы международной научно-практической конференции, посвященной подведению итогов объявленного ООН десятилетия «Вода для жизни»: «Водные ресурсы Центральной Азии и их использование». 22-24 сентября 2016 г. Кн. 2. - Алматы, 2016. - С. 434-439.
[33] Шенбергер И.В., Милюков Д.Ю. Применение современных компьютерных технологий для моделирования границ затопления, последствий гидротехнических аварий, прогноза паводков и наводнений // Доклады II международной научно-практической конференции «Научное обеспечение как фактор устойчивого развития водного хозяйства». - Тараз, 2016. - С. 231-234.
[34] Шенбергер И.В. Моделирование зон затоплений, последствий гидротехнических аварий, прорыва плотин, прогноза паводков и половодий на основе использования передового программного обеспечения // Энергетика. Oil&Gas. -Алматы, 2018. - № 1(51). - С. 46-49.
[35] https://kazhydromet.kz/ru/news/pavodok-2018
REFERENCES
[1] Avezova A. The threat of flooding in the flood on the rivers of Western, Northern, Central and Eastern Kazakhstan: The dissertation author's abstract on competition of a scientific degree of the candidate of geographical sciences. Bishkek, 2013. 23 p. (in Rus.).
[2] Atlas of natural and man-made hazards and risks of emergency situations in the Republic of Kazakhstan. Almaty, 2010. 264 p. (in Rus.).
[3] Ashenov G.A. Brief information on the Ishim hydrographic basin. - UNDP project "Development of a national plan for IWRM and water conservation in Kazakhstan". ^mponent: the establishment of basin Councils. Astana, 2007. P. 8-10 (in Rus.).
[4] Baymoldaev T.A., Vinokhodov V.N. Kazselezashchita - operational measures before and after the disaster. Almaty, 2007. 284 p. (in Rus.).
[5] Burlibaev M.Zh., Volchek A.A., Kalinin M.Yu., et al. Emergency situations in the natural environment (monitoring, forecast, warning). Almaty, 2011. 356 p. (in Rus.).
[6] Temporary methodology for assessing losses from the consequences of natural and man-made emergency situations. Approved by Resolution of the Cabinet of Ministers of Ukraine of February 15, 2002, N. 175. Normative and methodological base of the CIS countries on emergency situations. M., 2003. P. 434-465 (in Rus.).
[7] Galperin R.I. High water levels on the rivers of flat Kazakhstan. Almaty, 1994. 172 p. (in Rus.).
[8] Galperin R.I., Avezova A. The maximum water flow in the Kazakhstan section of the river Esil // Questions of geography and geoecology. Almaty, 2012. N 1. P. 40-44 (in Rus.).
[9] Galperin R.I., Avezova A., Medeu N.N. A lot of water is bad too // Issues of Geography and Geoecology. Almaty,2016. N 1. P. 1-12 (in Rus.).
[10] Epikhin A.V., Panachev S.V. Reznikov V.M., et al. Monitoring of emergency situations using means for remote sensing of the Earth based on space. M., 2001. P. 176-192 (in Rus.).
[11] Kipshakbaev N.K. Priority problems of the Esil basin. Modern problems of the Ishim Basin. UNDP project "Development of a national plan for IWRM and water conservation in Kazakhstan". Component: the establishment of Basin Councils. Astana, 2007. P. 11-13 (in Rus).
[12] Methodological recommendations on the assessment of risks of hazardous natural processes and their impact on the population and territory at the local level. UNDP Project in Kazakhstan and the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Kazakhstan DIPECHOYII: "Community-Based Disaster Risk Reduction in South-East and East Kazakhstan". Astana, 2013. 28 p. (in Rus.).
[13] National Atlas of the Republic of Kazakhstan. Vol. 1: Natural conditions and resources. Almaty, 2010. 150 p. (in Rus.).
[14] National situation analysis of the security of the territories of the Republic of Kazakhstan against natural and man-made disasters (methodological basis). Astana, 2015. 92 p. (in Rus.).
[15] Plan of preparedness of the Republic of Kazakhstan for emergency situations of natural character. Astana, 2015. 304 p. (in Rus.).
[16] Plekhanov P.A. Regularities of emergency situations of natural and technogenic nature // Hydrometeorology and ecology. Almaty, 2004. N 3. P. 120-133 (in Rus.).
[17] Plekhanov P.A. (head.), Breusov N.G., Galperin R.I., et al. The report on research work: "To create a GIS of ground and space monitoring and forecasting the risk of catastrophic floods on the transboundary rivers of Kazakhstan (Syrdarya, Irtysh, Ural). # GR 0106PK01188. Inv. # 0208RK00299. Almaty, 2007 (part 1 - 218 p., part 2 - 90 p.). (in Rus.).
[18] Plekhanov P.A. Methodical recommendations for assessing the degree of danger of floods in Kazakhstan // Information-methodological collection of materials on emergency situations and civil defense. Almaty, 2011. Issue N 1(45). P.80-90 (in Rus.).
[19] Plekhanov P.A., Rajushkin B.V. Problems of the safety of ponds and reservoirs in Kazakhstan // Environmental safety of industrial regions: Materials of the II Ural International Environmental Congress. Ekaterinburg; Perm, 2011. P. 103-107 (in Rus.).
[20] Plekhanov P.A. Methodological aspects of risk assessment of extreme hydrological phenomena in Kazakhstan // Water resources of Central Asia and their use. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference dedicated to summarizing the results of the UN declared Decade of Water for Life, Almaty, Kazakhstan, September 22-24, 2016. Book 2. Almaty, 2016. P. 414-422. (in Rus.).
[21] Problems of pollution of the main transboundary rivers in Kazakhstan. Vol. 2. Basins of the rivers Esil and Tobyl. Kazakhstan agency of applied ecology / M.Zh. Burlibaev, I.V. Shenberger, D.M. Burlibaeva et al. / Edited by M. Zh. Burlibaev. Almaty, 2017. 552 p. (in Rus.).
[22] Resources of surface waters of virgin and fallow lands. Issue I. Akmola region of the Kazakh USSR. L.: Gidrometeo-izdat, 1958. 790 p. (in Rus.).
[23] Resources of surface waters of virgin and fallow lands. Release III. Kokchetav region. L.: Gidrometeoizdat, 1959. 562 p. (in Rus.).
[24] Resources of surface waters of virgin and fallow lands. Issue Y. North-Kazakhstan region. L: Gidrometeoizdat, 1958. 420 p. (in Rus.).
[25] Guidance for local authorities on hazard assessment, vulnerability and risk of natural disasters. UNDP Project "Introduction of Disaster Risk Management in the Process of Decentralization in Kyrgyzstan". Bishkek, 2009. 44 p. (in Rus.).
[26] Guidance on risk assessment and mapping for disaster preparedness. The European Commission. Working document of the Commission staff. Brussels, 21.12.2010. SEC (2010) 1626. 42 p. (in Rus.).
[27] Guidance on regional risk assessment of natural disasters in the territory of the Republic of Tajikistan. Ashgabat, 2011. 69 p. (in Rus.).
[28] Early warning system in case of flooding. - MFO MKKiKP, 1994 (with Tverdovsky A.I. OAS / ODSMA). Published with the financial support of the EU-UNDP with the participation of the Public Association "OKP RK". 66 p. (in Rus.).
[29] Tverdovsky A.I. Integrated use of water resources in the Esil basin. UNDP project "Development of a national plan for IWRM and water conservation in Kazakhstan". Component: the establishment of Basin Councils. Astana, 2007. P. 14-24 (in Rus.).
[30] Shenberger I.V. Issues of information exchange in the water sector of the Republic of Kazakhstan and the creation of a unified state information and analytical system. UNDP project "Development of a national plan for IWRM and water conservation in Kazakhstan". Information Bulletin "Contemporary Problems of the Ishim Basin". Almaty, 2007. P. 73-76 (in Rus.).
[31] Shenberger I.V. Basics of creating a geospatial information system for extreme hydrological phenomena // Materials of the International Scientific and Practical Conference, dedicated to summarizing the results of the UN declared decade "Water for Life": "Water resources of Central Asia and their use". September 22-24, 2016. Book 1. Almaty, 2016. P. 194-199 (in Rus.).
[32] Shenberger I.V., Plekhanov P.A. Extreme hydrological phenomena in Kazakhstan and typical variants of their occurrence and development // Materials of the International Scientific and Practical Conference, dedicated to summarizing the results of the UN declared decade "Water for Life": "Water resources of Central Asia and their use". September 22-24, 2016. Book 2. Almaty, 2016. P. 434-439. (in Rus.).
[33] Shenberger I.V., Milyukov D.Yu. Application of modern computer technologies for simulation of flooding boundaries, consequences of hydraulic accidents, forecast of floods and floods // Reports of the II International Scientific and Practical Conference "Scientific Support as a Factor of Sustainable Development of the Water Economy". Taraz, 2016. P. 231-234 (in Rus.).
[34] Shenberger I.V. Simulation of flooding zones, consequences of hydraulic breakdowns, breakthrough dams, flood forecasting and floods using advanced software // Energy. Oil & Gas. Almaty, 2018. N 1(51). P. 46-49. (in Rus.).
[35] https://kazhydromet.kz/ru/news/pavodok-2018
П. А. Плеханов1, И. В. Шенбергер2, Н. Н. Медеу3
1Г.г.к, бас гылыми кызметкер (География институты, Алматы, Казахстан) 2Магистр, су ресурстары жэне тагайындау баскармасы бастыгыныц орынбасары
(Казахстан Колданбалы Экология Агентлп, Алматы, Казакстан) 3Магистр, к^ гылыми кызметкер (География институты, Алматы, Казакстан)
ЕС1Л АЛАБЫНДАГЫ СУ БАСУ ЖЭНЕ СУ ТАСУДЬЩ ЦАЛЫПТАСУЫНА Т6СЕН1Ш БЕТ1НЩ ЖАГДАЙЛАРЫНЫЦ ЭСЕР ЕТУ1
Аннотация. Есш алабындагы су басу жэне су тасу калыптастыруыныц непзделген факторлары Yшiн логикалык Yлгiсi ^сынылды. Су басу жэне су тасудыц пайда болуына жэне дамуына непзп жердщ бетш кабатыныц непзп жагдайларыныц жалпы эсер етуi теориялык децгейде зерттедщ жэне олардыц эркайсы-сыныц ец колайлы к¥рамдас бeлiктерi аныкталды. Есш алабында жердщ бетш кабатыныц факторларын реттеу саласындагы су басу жэне су тасудыц каутн азайтудыц кейбiр жолдары ^сынылган.
Тушн сездер: су басу, су тасу, су басу жэне су тасудьщ негiзгi факторлары, Yнемi эрекет ететiн фак-торлар, су басу жэне су тасу Yшiн колайлы жагдайлар.
P. A. Plekhanov1, I. V. Shenberger2, N. N. Medeu3
1Candidate of Geographical Sciences, Chief Researcher (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan) 2Master of Science, Deputy Head of Water Resources and Rationing Department (Kazakhstan Agency of Applied Ecology, Almaty, Kazakhstan) 2Master of Science, Junior Researcher (Institute of geography, Almaty, Kazakhstan)
INFLUENCE OF CONDITIONS OF UNDERLYING SURFACE ON THE FORMATION OF INUNDATION AND FLOODING IN THE BASIN OF THE ESIL RIVER
Abstract. A logical model for factoring the formation of inundation and flooding in the Esil basin was proposed. The general influence of the main conditions of the underlying surface on the occurrence and development of the inundation and the flooding at the theoretical level was studied and the most favorable components of each of them were determined. Some ways to reduce the inundation and the flooding in the Esil basin in the field of regulation of underlying surface factors were suggested.
Keywords: inundation, flooding, the main factors of the inundation and the flooding, constantly acting factors, favorable conditions for the inundation and the flooding.
