Водная безопасность Республики Казахстан: проблемы и решения Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

Малъковский И. А/., д.гм., профессор

ВОДНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН:

ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ

А. Р. МЕДЕУ1, Я. М. МАЛЪКОВСКИЙ2, Л. С. ТОЛЕУБАЕВА3

1 Научный руководитель программы Заместитель научного руководителя программы 3Ученый секретарь программы

Обеспеченность пресной водой является одним из ключевых вопросов, стоящих перед человечеством в XXI веке. Сегодня в мире от дефицита воды, по данным ООН, страдает 2 млрд человек. К 2015 году постоянную нехватку воды будет испытывать половина населения мира, а еще через 10 лет — уже две трети населения планеты. Вода стремительно становится одним из самых дефицитных природных ресурсов. Она преврати-

210" 240' 270* 300" 330* 0

лась в товар, сформировался международный рынок. Наступившее столетие можно смело назвать «веком водных проблем» (рис. 1).

В условиях обострения водных проблем в мире с учетом роли пресной воды как незаменимого природного ресурса Организацией Объединенных Наций провозглашено Международное десятилетие действий «Вода для жизни» (International Decade for Action «Water for Life») на 2005-2015 годы.

90° 120° 150° 180°

60'

30

-30е

-60'

0.000

0.001

0.010

0.100

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

Рис. 1. Ожидаемый водный стресс в мире (2050 г.)

Проблема водной безопасности Республики Казахстан (безопасности водохозяйственной жизнедеятельности) в условиях ограниченности и уязвимости водных ресурсов рассматривается как компонент национальной безопасности. Это определяется тем, что пресная вода — важнейший природный ресурс, без которого невозможна никакая деятельность человека и который нельзя ничем заменить. С другой стороны, вода — неотъемлема часть всей природы и главный компонент окружающей среды. Наконец, вода — грозная природная стихия, приносящая разрушения и бедствия. Это обусловливает большую сложность взаимодействия общества с водной средой, которая имеет много особенностей для различных

регионов Казахстана и претерпевает существенные изменения по мере развития общества и изменения климатических условий.

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

ПРИЧИНЫ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УГРОЗ

Рис. 2. Гидрологические угрозы: причины и следствия

Статические запасы природных вод Казахстана представляют собой относительно постоянные сосредоточия вод на поверхности суши и в подземных горизонтах, сформировавшиеся в течение веков, тысячелетий. К ним относятся многолетние запасы воды в морях, озерах, ледниках, мертвых объемах водохранилищ, подземных емкостях. Их интенсивное хозяйственное использование неизбежно приводит к истощению запасов и неблагоприятным экологическим последствиям, нарушению веками установившегося равновесия в природе, на восстановление которого могут потребоваться десятки и сотни лет. Поэтому обычно они используются только в исключительных обстоятельствах.

Установлено, что оледенение гор Центральной Азии с середины XIX в. находилось преимущественно в состоянии деградации, ускорившейся с начала 1970-х годов. Тающие ледники пополняют сток водой сверх годового количества осадков и тем самым увеличивают водоснабжение. В долгосрочной перспективе функции ледников как дополнительного источника воды постепенно будут сведены к нулю.

Ожидается, что фоновый уровень Каспийского моря с учетом изменений климата будет снижаться и может приблизиться к отметке минус 25 м к 2020 г., а к отметке минус 25,7 м к 2035 г. (рис. 3, 4).

т ¡>1 !•;- г Р*

IX О* 108 СО 12 3 1% -139 -IX

Ю1 и» -1Г -и) -Мб -«с -ег -са -тэ

-63 -е -те --юс -12; -^ -«

123 -да 1« - С1 -1*0 -59 -X -*9 -69

67 --к -18 -89 28 -120 -9* -16

I? ---II? ---С III ---«5 ---31 ---13 ------10

---131 II» 1*2 С5 5» 13« ---65 ---22

---7§ --«■ 115 ---в ---11« — — —133 ---7* —--113 ---IЛ

---I» ---ОС ---79 ---3» ---8« ---128 «I ---30 ---82

---X Ю ---7 ---33 ---1*5 ---12« ---56 ---«8 ---91

1*6 лпи^^нчнг.пап ю

Рис. 4. Варианты прогнозов уровня Каспия до 2042 гг.

Показано, что вследствие сокращения трансграничного стока рек Иле и Сырдарии с территорий Китая и Узбекистана уровень бессточных водоемов Балкаша и Малого Арала снизится относительно нормативно установленных параметров (отметок) - 341,0 и 42,0 м (рис. 5).

Практически во всех странах мира по характеристикам речного стока оценивается величина возобновляемых водных ресурсов, их динамика во времени и распределение по территории. Сток речных систем обеспечивает основной объем водопотребления в мире, определяет степень водообеспеченности территории и населения,

избыток и дефицит водных ресурсов. Речной сток в процессе круговорота в значительной мере восстанавливает качество пресной воды за счет естественного самоочищения, которым обладают речные системы.

Суммарные ресурсы поверхностных вод Республики Казахстан (бытовой сток) за период наблюдений 1974—2008 гг. составляют 91,3 км3/год (50% обеспеченности), из которых 44,3 км3 поступает из сопредельных государств, 47,0 км3 составляет местный сток. За счет хозяйственной деятельности ресурсы речного стока Республики Казахстан уменьшились на 23,8 км3/год (на

Северный (Малый) Арал

А

I

г(г

V

Большой Арал

- условно-естественное состояние

- перспективное состояние

и 1 ~7.

Ч)

1г

Лх-1

У Щсэ

аА

Восточный Балкаш

ей

Западный Балкаш

условно-естественное состояние перспективное состояние

а б

Рис. 5. Прогноз уровней Аральского моря (а) и озера Балкаш (б)

21%), в том числе трансграничного стока — на 15,9 км3/год (на 26%), местного стока — на 7,9 км3/год (на 14%) (рис. 6).

Исходя из возможности неблагоприятной реализации климатических и трансграничных гидрологических угроз в перспективе реально уменьшение ресурсов речного стока в целом по Казахстану к 2020 г. до 81,6 км3/год, в том числе

трансграничного — до 33,2 км3/год, местного — до 48,3 км3/год; к 2030 г. — соответственно 72,4; 22,2 и 50,2 км3/год. Наиболее зависимы от трансграничного стока Арало-Сырдариинская ПХС (89%), Жайык-Каспийская (79%), Шу-Таласская (76%). Полагается, что указанные предпосылки должны быть взяты в основу стратегии обеспечения водной безопасности Республики Казахстан.

Антропогенное преобразование речного стока в бассейновых ПХС Казахстана (современное состояние)

РОССИЯ

I Петропавловск

Г

а )

и

аиьск 1* )? 1 ТЯ "л ®

10,5

12,8

1 18

О Ангобе

У

* г®

р. Есипь

© Павлодар

Устъ-Камвнаг

" Л г Р- Нура(

)Ао I

оз. Тениз

©

О Караганда

ЕРТИССКАЯ ПХС

ААтырау

,в

0

ЖАЙЫК-КАСПИЙСКАЯ ПХС

'СГ-/

1.4 1.1

1,7 1.2

18 8

НУРА-САРЫСУЙСКАЯ ПХС

К .

«л®

ОАктау

®

Ч/" ч/\

Талдыкорган5

^ШУ-ТАПАССКАЯ1 ПХС

А ,

О Ы V

>ЧГлтгг пгтд Ггпттт ^^ / ч^^

УЗБЕКИСТА

Ж \

\Гараз

ж \

КЫРГЫЗСТАН

Шымквнт О

Антропогенное преобразование

_ речного стока (%)

_|1 незначительное 0-10

II умеренное 10-20

III значительное >20

Границы Государственные

Народнохозяйственных систем

Населенные пункты Речной сток в ПХС (км^/год)

А за период 1974-2007 гг.

О Столица

о Областные центры Свыше 1 000 000 жителей

15,9

29,8

47

бытовой

естественно-климатический антропогенное преобразование (%)_

Рис. 6. Антропогенное преобразование речного стока в бассейновых ПХС Казахстана (современное состояние)

Рис. 7. Влияние водоотбора подземных вод на поверхностный сток

В процессе круговорота воды в природе поверхностные воды речных бассейнов гидравлически связаны с подземными водами, образуя единый водный потенциал территории. Уступая по объему ресурсам речного стока, подземные воды имеют огромное значение для отдельных водопотребителей (например, питьевого водоснабжения) или для некоторых специфических регионов Казахстана.

Вследствие гидравлической связи освоение разведанных запасов подземных вод (в объеме 15,44 км3/год) приведет к сокращению ресурсов речного стока до 5 км3/год (рис. 7). При этом наиболее существенное влияние на речной сток окажут водозаборы в речных долинах и конусах выноса рек.

Определены два пути устранения дефицита пресной воды в республике: снижение нагрузки на водные ресурсы и увеличение ресурсов пресной воды. Первый путь предусматривает реализацию мероприятий по уменьшению темпов развития водоемких производств и использованию более современных технологий для сокращения потребления пресной воды 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, в том числе трансграничного перераспределения водных ресурсов (рис. 8).

Рис. 8. Пути устранения дефицита пресной воды в Казахстане

1800

1600

1400 _

1200

1000

800

600

400

200 _

Стоимость, $ млн / км3 1800

600

1500

200

Ш1П стоимость

тах стоимость

900

700

800

100

опреснение очистка реконструкция территориальное

морских вод сточных вод оросительных перераспределение

систем

Рис. 9. Сравнительная стоимость мероприятий по устранению дефицита пресной воды

По данным российских ученых капитальные затраты для получения дополнительных водных ресурсов или экономии 1 км3 пресной воды составляют при опреснении соленых и солоноватых вод 600—1800 млн долларов, очистке сточных вод — 200—1500, реконструкции оросительных систем — 700—900, территориальном перераспределении речного стока — 100—800 млн долларов (рис. 9).

Возобновляемые ресурсы речного стока Казахстана являются неотъемлемым компонентом окружающей природной среды, обеспечивая устойчивость водно-солевого режима внутренних и окраинных водоемов, обводнение речных пойм и дельт и в целом поддержание в одно-ресурсно-го равновесия территории.

На основе анализа проектных и научно-исследовательских разработок установлен экологический спрос природно-хозяйственных систем республики на водные ресурсы в объеме 64,2 км3/год, включающий потребности природных объектов, обязательные, в том числе трансграничные, попуски, а также непроизводитель-

ные потери как ограничение производственного использования водных ресурсов (рис. 10).

Нормативы экологического спроса на воду устанавливаются политическим решением исходя из необходимости сбалансирования экологических, социальных и экономических целей развития страны. Со временем установленные константы могут изменяться в сторону как ужесточения, так и смягчения порога допустимых антропогенных нагрузок.

Ожидаемый на перспективу интенсивный рост производства в Казахстане должен быть в максимальной степени обеспечен интенсификацией использования водных ресурсов, а не ростом потребления пресной воды. Хозяйственные водозаборы в перспективе не должны превышать фактических объемов на уровне 2010 г. (23,3 км3/год, в том числе безвозвратное водо-потребление — 15,3, водоотведение — 8,0 км3/год) с распределением по отраслям: сельское хозяйство — 15,4; промышленность — 4,0; коммунальное хозяйство — 2,2; прочие отрасли — 1,8 км3/год (рис. 11).

а

Экологический спрос ПХС на водные ресурсы I 11 удовлетворительная 0,СМЗ,4

II напряженная 0,4-0,6 |

(_| III критическая 0,6-0,8

| IV кризисная 0,8-1,0 | V катастрофическая > 1,0

Населенные пункты

• Столица

о Областные центры

• Свыше 1 000 С00 жителей

б

Рис. 10. Экологический спрос ПХС на водные ресурсы: современное состояние (а) и перспектива на 2030 г. (б)

Рис. 11. Лимиты хозяйственного водозабора: безвозвратное водопотребление и водоотведение (а), по отраслям (б), из водоисточников (в)

а

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

КОММУНАЛЬНОЕ

хозяйство

ПРОЧИЕ ОТРАСЛИ

б

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ

ПОДЗЕМНЫЕ

ВОДЫ

МОРСКИЕ

ВОДЫ

ПРОЧИЕ

ВОДОИСТОЧНИКИ

е

Перспективные лимиты водозабора планируется обеспечить за счет поверхностных вод — 19,8 км3/год; подземных вод — 1,5; морских вод — 1,1; прочих водоисточников — 0,9 км3/год.

Рекомендуется провести до 2020 г. реконструкцию орошаемых земель с внедрением механизированных поливов и микроорошения, обеспечив повышение КПД оросительных систем до 0,75, экономию водных ресурсов на 30%, повышение урожайности в 1,5—2,0 раза.

Рекомендуется улучшить водообеспечен-ность пастбищных территорий Казахстана за счет строительства искусственных водоисточников, в том числе шахтных колодцев и водозаборных скважин.

Намечается внедрить системы оборотного и замкнутого водоснабжения в водоемких отраслях промышленности и обеспечить приоритетное устойчивое водоснабжение объектов коммунального хозяйства, в том числе за счет подземных вод.

Предложены принципы и нормативы водо-деления в трансграничных бассейнах, учитывающие географическое положение, социально-экономические и экологические особенности Казахстана (рис. 12).

В настоящее время из Казахстана в Россию поступает практически весь объем стока, формирующегося в казахстанской части бассейна Ер-тиса (24,8 км3/год). На основе распространенных

0

(1)

(I) ®

Арало-Сырдариинский

Бал каш-Алаколь с кий

Ертисский Есильский

РОССИЯ

© © © ©

Жайык-Каспийский

Н ура-С арысу с ки й Тобы л -Торгайски й Шу-Таласский

22

8,3

©

©

1,7) ©

©

0,3

®

1,1

6,5

КИТАЙ

V,

ко

гу

/к

© 1)7 ^ ©

УЗБЕКИСТАН

КЫРГЫЗСТАН

14 2

границы РК границы бассейнов

ТУРКМЕНИСТАН

Среднемноголетние ресурсы речного стока

трансграничный _ собственный

Рис. 12. Трансграничные бассейны Казахстана

в мировой практике принципов межгосударственного вододеления рекомендовано установить долю поступления стока Ертиса в Россию в размере половины стока, формирующегося на территории Казахстана, что составляет 12,5 км3/год (в среднемноголетнем значении).

В рамках переговоров с КНР по использованию водных ресурсов трансграничного бассейна р. Иле следует определить лимит притока в озеро Балкаш как самостоятельного водопользователя межгосударственного значения.

При разработке долгосрочного соглашения между государствами Центральной Азии нужно принять лимиты трансграничного притока р. Сыр-дарии в Казахстан, установленные Нукусской декларацией 1994 г. и подписанные главами государств Центральной Азии.

Общие эксплуатационные запасы подземных вод составляют 15,44 км3/год, из которых используются около 10%. По целевому назначению разведанные запасы подземных вод распределяются на хозяйственно-питьевое (5,8 км3/год) и производственно-техническое (1,4) водоснабжение; орошение земель (8,3 км3/год).

С учетом мирового опыта вековые запасы подземных вод рекомендуется рассматривать как стратегический резерв чистой воды для питьевого водоснабжения. Ресурсы подземных вод при разумном управлении могут стать весомым фактором в удовлетворении спроса на воду в будущем и в адаптации к изменениям климата.

К настоящему времени суммарный полезный объем водохранилищ в Казахстане составляет около 50 км3, что увеличило в среднем объем устойчивого речного стока на 25%. Регулирование стока рек имеет существенные ограничения, связанные с негативными последствиями строительства и эксплуатации водохранилищ, что обусловливает предпочтительное сооружение их в горных и слабоосвоенных районах. Перспективно применение специфических методов контррегулирования речного стока с целью согласования противоречивых требований на воду компонентов природно-хозяйственных систем, а также магазинирования поверхностных вод с использованием подземных емкостей в сочетании с традиционными водохранилищами.

Более широкое использование опреснения в Казахстане сдерживается, главным образом, высокой стоимостью получаемой пресной воды и большими затратами электроэнергии и топлива. Опреснение воды в больших масштабах выдвигает сложную проблему утилизации и переработ-

ки соли, от которой во многом зависит себестоимость опреснения и состояние окружающей среды.

Мировой опыт показывает, что объемы возможного увеличения водных ресурсов за счет стимулирования выпадения осадков невелики — 5%. При этом могут возникнуть экологические, юридические и политические проблемы активных воздействий на облака, обусловленные возможным влиянием на климат соседних регионов и стран.

Объективной предпосылкой территориального перераспределения водных ресурсов в Казахстане являются ограниченность располагаемых водных ресурсов, неравномерность распределения их по территории, значительная изменчивость во времени, высокая степень загрязнения. По величине возобновляемых водных ресурсов Казахстан занимает последнее место среди сопредельных государств (Россия, Узбекистан, Кыргызстан). Наибольшие объемы речного стока в республике формируются в Ертисской при-родно-хозяйственной системе (до трети общих ресурсов и половины местных). В Нура-Сары-суской, Есильской и Тобыл-Торгайской природно-хозяйственных системах формируется менее 6% речного стока, причем в маловодные годы местный сток меньше среднего примерно в 10 раз (рис. 13).

В то же время спрос на воду в южных и западных регионах Казахстана составляет около 70% по республике в целом. В перспективе эта контрастность имеет тенденцию к увеличению в связи с возможным сокращением трансграничного стока из Китая, Узбекистана и Кыргызстана. Предложены принципиальные направления межбассейновых и трансграничных трасс перебросок речного стока в вододефицитные регионы Казахстана

Показано, что потенциальным бассейном-донором для вододефицитных районов является бассейн р. Ертиса, где формируется до половины возобновляемых водных ресурсов республики. Предложена трасса Трансказахстанского канала как основы формирования единой системы водообеспечения Республики Казахстан (рис. 14).

В условиях снижения трансграничного стока р. Иле с территории КНР рекомендуется рассмотреть варианты сохранения озера Балкаш водного объекта особого государственного значения путем переброски части стока р. Ертиса по направлению Буктырма — Балкаш (рис. 15).

Рис. 13. Объективные предпосылки территориального перераспределения водных ресурсов

ТРДНСКЛЭАХеТДНСКИИ МНАП "ЕРТИС ■ СЫРДАРИЯ-

¿и

_

»'VI

-"1

Хе^у-

• !

I поит!' 2 - ■> снягка ) ■

4 ртвшшт илци К 'чДш^ • ,• 20 С»— ма

[ЬШТ

м

ПиЭг. • »

Ав^Л^и шш^т Ь*Х!

1 V /«1 2 3 ывмч>'С—

4 >|Мъй4 1 илутпыя гти■ ■ 4- ШКО« 7 - грчман * - % - ^шояи^ 1МЛ 10 Ш1М 1«{>

II тг-*т%>— 12 »иП7И*1 ап ге^ГО »»»шв

13 ш0шшвЬтшшвт ш+ф— М-мнаяцмим*

Ьв«««} 21 ••АмУ^аам Ъ ■ Л а^И

я Т^Т

• •

Рис. 14. Предполагаемая трасса Трансказахстанского канала

2012. №4

Доклады

г .

Ьу к I ырм,1

1-Г

едо «шо

. КМ

ГЧ^Ш™

Ь Ъ N у

) I

V

Cs.L4.ia цюодоисе-нил вицпралдили ——I 'аногсчиис участки

---ндпорныо участмг

ч 1 ™г Г I \и укл, )) , * гЧ ^ ЧУ \ ( /V ГЛ 3 у Г^и_

\//,ч11 ^ < X I ' - г

5*У

У

¡ми

л

/ Г X'

> «7

4 хП|

[ V 7>*Пч /

V УУ^Л,/

\] Л Л

^ ,1 I11

Л I

т

> \

г

£

тля

\ х ЯШ ш

ж

У

▲ Ив

П)

Х|

лч

л.

/

1

\

Т»

> ' Г1 л V

ш

1 V/ \ X

' тшт

\

самотечные участки напорные участки

Рис. 15. Переброска стока р. Ертиса в озеро Балкаш

2000 -

1500

1000 -

500 -

г. м

Буктырминское в-ше

^410

М\ V

2.15

545

У 1440

Аргутскнй"

створ

1635

1041

4(Ю

.1(111

200

101)

Ь км

— э

г< —.

о водозаборное сооружение 3 насосная станция О город

проектируемое вдхр река

— проектируемый канал

— - государственная граница

друшехое норг ф

У^У^Аральа

УЗБЕКИСТАН

а

б

в

Рис. 16. Взаимовыгодное использование стока российских рек. Схема преодоления Аргут-Буктырминского водораздела: а — план; б — профиль; в — схема переброски части стока р. Волги в Казахстан. Варианты: 1 — плотинный; 2 — насосный; 3 — туннельный

Для компенсации отъемов речного стока р. Ертиса в КНР предложена обновленная схема взаимовыгодного использования стока российских рек по Верхне-Катунскому направлению, исключающая сооружение крупных водохранилищ и ориентированная на тун-

нельный (либо насосный) вариант преодоления водораздела (рис. 16, а, б). Для повышения водообеспеченности районов Западного и Южного Казахстана рекомендуется строительство трансграничного канала «Волга — Сырдария» (рис. 16, в).