CC BY
35
НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология №2 2013
УДК 556.048+556.06
Канд. геогр. наук А.Г. Чигринец *
Канд. геогр. наук Л.Ю. Чигринец
М.В. Долбешкин *
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ОСНОВНЫХ ПРАВОБЕРЕЖНЫХ ПРИТОКОВ ИРТЫША И ТЕНДЕНЦИЯ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРОГНОЗНЫЕ МЕТОДЫ, ТРЕНДЫ, УРАВНЕНИЕ РЕГРЕССИИ, ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ ТЕНДЕНЦИЙ, ПРОГНОЗНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ
Исследованы условия формирования и выполнены расчеты по определению местных водных ресурсов различной обеспеченности основных притоков р. Иртыш в пределах Республики Казахстан. Дан ориентировочный прогноз тенденций изменения водных ресурсов для трёх временных периодов: 2006... 2035 гг., 2016... 2045 гг. и 2036. 2065 гг.
В бассейне трансграничной р. Иртыш в последние десятилетия по данным Иртышского бассейнового водохозяйственного управления, происходит постепенный рост водопотребления и сокращение водных ресурсов, обусловленные рядом факторов: устойчивым развитием всех отраслей сельскохозяйственного и промышленного производства, с одной стороны, и увеличением заборов воды на территории КНР по каналу Иртыш-Карамай, с другой. Также неблагоприятны и климатические тенденции. В связи с этим, вопрос уточнения формирующихся в бассейнах основных рек правобережья р. Иртыш местных водных ресурсов и тенденций их изменения на будущее весьма актуален.
В бассейне Иртыша сконцентрирована почти одна треть всех водных ресурсов речного стока Казахстана. С использованием водных ресурсов этого бассейна решаются проблемы водообеспечения Центрального Казахстана и столицы Астаны. Именно на водные ресурсы Иртышского бассейна возлагаются надежды в случае увеличения водозаборов по р. Или и создаются проекты переброски части его стока в оз. Балхаш.
С использованием новейшего кадастрового материала о стоке воды основных правобережных притоков р. Иртыш, полученного на сети
* КазГУ им. аль-Фараби, г. Алматы
115
наблюдений РГП «Казгидромет» по 2010 г. включительно [4, 5, 6, 9, 11, 12, 14], проведен анализ условий и факторов его формирования, оценка влияния на него хозяйственной деятельности. С учетом новых данных произведено уточнение основных гидрологических характеристик, приведенных в [13], определены объёмы местных водных ресурсов.
Для вычисления водных ресурсов, формирующихся на территории Республики Казахстан, был учтён сток основных правобережных притоков Верхнего Иртыша. Это связано с тем, что наибольшей величиной местных ресурсов поверхностных вод Иртышского водохозяйственного бассейна характеризуется именно правобережье (Восточно-Казахстанская область). По данным [10], водные ресурсы Иртышского водохозяйственного бассейна составляют 33,7 км3, из которых 26,4 км3 формируется на территории Республики Казахстан. Таким образом, местные водные ресурсы основных рек правобережья Иртышского водохозяйственного бассейна (ВХБ), полученные по результатам данной работы, составляют 58,8 % от всех водных ресурсов данного бассейна и 75 % от водных ресурсов, формирующихся на территории Республики Казахстан в пределах Иртышского ВХБ.
Водные ресурсы основных рек правобережья вычислены для створов с максимальной водностью и по возможности с минимальным влиянием хозяйственной деятельности. Суммарные же водные ресурсы в годы различной водности (обеспеченные величины) получены по кривой обеспеченности суммарного стока рек правобережья исследуемого района. В табл. 1 приведены результаты расчетов водных ресурсов различной обеспеченности основных рек, а в табл. 2 - местные водные ресурсы, полученные по кривой обеспеченности суммарного стока рек исследуемого района.
Как уже отмечалось, в Казахстане проблема водных ресурсов стоит особо остро. Огромная территория нашей страны исключительно бедна водными ресурсами. Кроме того, около половины имеющегося речного стока поступает к нам из-за рубежа. Величина этого притока постоянно сокращается в связи с интенсивным использованием воды трансграничных рек соседними странами. Это относится и к Иртышу. Приток воды извне не только заметно уменьшился в сравнении с предыдущим периодом, но и неизбежно его дальнейшее сокращение. В связи с этим, прогноз именно речного стока исключительно актуален.
Однако, современный уровень развития мировой науки пока не представляет возможности достаточно надежного прогнозирования, особенно в региональном аспекте. Поэтому речь может идти лишь о возможных «сценариях», или «сценарном прогнозе» [1, 10].
116
Таблица 1
Сток различной обеспеченности основных рек правобережной части Иртышского водохозяйственного бассейна за
расчетные периоды 1933...2010 гг. и 1974...2010 гг., (млн. м3)
Средний годовой сток Сток за характерные годы Сток за характерные годы
(1933...2010 гг ) (1974...2010 гг )
Река - пункт (н 1- о (н 1- о
^ ^
о о
"О О "О О "О "О О "О О "О
"О "О
С")
с->
Калжыр - с. Черняевка 706 703 870 675 513 388 323 283 871 671 506 379 314 272
Куршим - с. Вознесенка 1895 1842 2254 1846 1490 1205 1055 960 2188 1792 1447 1173 1030 937
Женишке - с. Женишке 43,2 41,3 51,5 41,8 33,5 27,2 23,9 21,8 48,6 40,2 33,0 27,3 24,4 22,5
Нарым - с. Улькен Нарым 310 319 371 300 239 192 168 153 381 295 231 193 175 165
Бухтарма - с. Лес. Пристань 6875 6528 7879 6744 5747 4950 4517 4242 7433 6479 5578 4809 4374 4091
Лев. Березовка -
с. Средигорн. 33,1 33,7 38,3 31,6 26,3 22,7 21,0 20,1 39,1 30,5 25,2 22,4 21,4 20,9
Тургысын - с. Кутиха 1441 1388 1660 1412 1193 1020 928 869 1559 1374 1203 1060 980 928
Ульба - с. Ульби
Перевалочная 3050 2870 3565 2973 2458 2055 1842 1708 3269 2789 2393 2093 1940 1843
Оба -г. Шемонаиха 5424 5172 6311 5294 4415 3721 3347 3113 5971 5084 4291 3646 3288 3065
Шульбинка - с. Н. Шульба 16,1 15,5 21,4 13,3 7,98 5,003 3,81 3,32 20,7 13,0 7,78 4,68 3,46 2,83
Суммы объемов стока 19793 18912 23021 19331 16123 13586 12229 11373 21780 18568 15715 13407 12150 11347
Таблица 2
Водные ресурсы, формирующиеся на территории Республики Казахстан, полученные по суммарному стоку основных
правобережных притоков реки Иртыш, (млн. м3)
Средний годовой сток Сток за характерные годы (1933... 2010 гг.) Сток за характерные годы (1974.. .2010 гг.)
1933...2010 гг. 1974...2010 гг. 25% 50% 75 % 90% 95 % 97% 25% 50% 75 % 90% 95% 97%
Местные водные ресурсы наблюдённого стока основных рек правобережья - по сумма рной кривой обеспеченности
19805 18890 22696 19428 16557 14259 13012 12219 21338 18675 16230 14220 13076 12347
К основным прогнозным методам можно отнести следующие:
1) Прогноз в вероятностной форме (то есть без привязки к координате времени). Он основывается на концепции стационарности климата и процесса стока. То есть статистические показатели и закономерности гидрометеорологических процессов и сочетаний прогнозируются на будущее. В последнее время эта концепция и соответствующие методы гидрологических расчетов и прогнозов были единственными и общепризнанными. Но, происходящие в настоящее время направленные изменения климата исключают целесообразность применения этой концепции, как основы для оценки вероятного будущего уровня водных ресурсов территорий.
2) На основе признания необратимыми произошедших изменений и распространение сегодняшней ситуации, современного уровня гидрометеорологических характеристик (за последние 10-летия) на ближайшее время. Такая экстраполяция возможна лишь для относительно непродолжительного периода - на одно-полтора десятилетия.
3) Экстраполяция выявленных тенденций многолетнего хода рассматриваемых характеристик. Прежде всего, это делается на основе выявленного линейного тренда. При этом методе значения гидрологической характеристики связываются с координатой времени. Например:
где Qi - сток /-го в ряду года; ^ - номер года, отсчитываемый от первого в ряду.
Наиболее простой прием оценки существенности тренда - по значимости величины коэффициента линейной корреляции зависимости
осредненные величины, полученные, например, методом скользящего осреднения, что, естественно, повышает корреляцию.
4) На основе прогноза метеорологических характеристик. Этот прогноз обычно дается по известным моделям общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО). Результаты прогнозов по ним изложены во многих работах, в частности в [2, 7, 8]. Возможен ряд вариантов использования метеорологического прогноза:
а) Использование прогноза в гидрологических моделях, в частности, в известной модели ГГИ, в модели В.В. Голубцова [3].
б) На основе метода водного баланса. По прогнозируемым метеорологическим факторам определяется величина испарения с территории
Qi = а + Ы,
(1)
вместо исходного ряда стока используются
119
(22), и с использованием прогнозного количества осадков (X) сток с бассейна (У) рассчитывается по известной формуле
У = X - 2 . (2)
Метод применим только для больших площадей и многолетнего периода. Результаты расчетов могут быть лишь приближенными.
в) На основе установленных за предыдущий период связей стока с метеорологическими характеристиками. По такой связи по метеорологическому прогнозу предвычисляется ожидаемое значение стока [10].
В данном исследовании для получения сценарного прогноза изменения объёма местных водных ресурсов был использован метод экстраполяции выявленных тенденций многолетнего хода характеристик стока. При оценке данным методом значений речного стока на ближайшее 10-летие использован тренд, полученный по ходу объёмов стока в течение последнего периода, отражающего сегодняшние реалии (1974...2010 гг.), а для его оценки на более длительную перспективу - исходя из многолетнего периода (1933.2010 гг.). Линии трендов годовых объёмов стока и уравнения регрессии получены с использованием метода скользящего осреднения.
Полученные тренды и уравнения регрессии, используемые для прогнозов местных водных ресурсов, представлены на рис. 1 и 2.
юл' 24,0 г
Рис. 1. График хода десятилетних скользящих объёмов стока рек, формирующегося в правобережной части бассейна р. Иртыш в пределах Республики Казахстан за период 1933.2010 гг.
120
км3
Десятилетия
Рис. 2. График хода десятилетних скользящих средних объёмов стока рек, формирующегося в правобережной части бассейна р. Иртыш в пределах Республики Казахстан за период 1974...2010 гг.
Для всего расчетного периода 1933...2010 гг. уравнение регрессии имеет вид:
=-0,0418* + 21,3. (3)
Для периода последних десятилетий (1974.2010 гг.) получено следующее уравнение регрессии:
= 0,0264* +18,6. (4)
С использованием приведенных выше уравнений регрессии, получены прогнозные изменения водных ресурсов основных рек бассейна р. Иртыш для трёх временных периодов: 2006.2035 гг., 2016.2045 гг. и 2036.2065 гг., (табл. 3).
Таблица 3
Прогнозные величины изменения водных ресурсов правобережных притоков р. Иртыш в пределах Иртышского водохозяйственного бассейна, рассчитанные по экстраполяции выявленных тенденций многолетнего
хода речного стока
Норма, Wo, 3 млн. м Сценарные прогнозы
на 2020 г. на 2030 г. на 2050 г.
^ 3 млн. м изменение, % ^ 3 млн. м изменение, % ^ 3 млн. м изменение, %
по тренду скользящих десятилетних объёмов 1974...2010 гг. стока за период
18890 19735 +4 19999 +6 20527 +9
121
Норма,
^0, 3 млн. м3
Сценарные прогнозы
на 2020 г. на 2030 г. на 2050 г.
^ 3 млн. м изменение, % ^ 3 млн. м изменение, % ^ 3 млн. м изменение, %
по тренду скользящих десятилетних объёмов стока за период
1933. ..2010 гг.
19805 17789 -10 17371 -12 16535 -17
В результате расчета значения водных ресурсов правобережных притоков р. Иртыш на период 2006.2035 гг. составили 19 735 млн. м3 (относительно нормы за расчетный период 1933.2010 гг. снижение составляет 0,4 %.), на период 2016.2045 гг. - 17 371 млн. м3 (снижение на 12 %), а на период 2036.2065 гг. - 16 535 млн. м3 (снижение на 17 %). По данным [10] прогнозные значения для всего Иртышского ВХБ для местных водных ресурсов соответственно по периодам составляют снижение на 7, 8 и 11 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Водные ресурсы России и их использование. - СПб.: ГГИ, 2008. - 600 с.
2. Говоркова В.А., Катцов В.М., Мелешко В.П., ПавловаТ.В., Школьник И.М. Климат России в ХХ1 веке. Часть 2. Оценка пригодных моделей ОЦАО СМ1РЗ для расчетов будущих изменений климата России // Метеорология и гидрология. - 2008.- № 8. - С. 5-19.
3. Голубцов В.В. Моделирование стока горных рек в условиях ограниченной информации. - Алматы: РГП «Казгидромет», 2010. - 232 с.
4. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 2001-2007 гг. Часть 1. Реки и каналы. Часть 2. Озера и водохранилища. Вып.1. Бассейн реки Иртыш - Алматы.
5. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 2008-2010 гг. Часть 1. Реки и каналы. Часть 2. Озера и водохранилища. Вып.1. Бассейн реки Ертис, - Астана.
6. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 1991-2000 гг. Книга 1. Часть 1. Реки и каналы. Вып.1. Бассейн рек Иртыш, Ишим, Тобол (верхнее течение), - Алматы, 2004. - 191 с.
7. Мелешко В.П., Катцов В.М., Мирвис В.М., Говоркова В.А., Павлова Т.В. Климат России в ХХ1 веке. Часть 1. Новые свидетельства антропогенного изменения климата и современные возможности его расчета // Метеорология и гидрология. - 2008. - № 6. - С. 5-19.
122
8. Мелешко В.П., Катцов В.М., Говоркова В.А., Спорышев П.В., Школьник И.М., Шнееров Б.Е. Климат России в XXI веке. Часть 3. Будущие изменения климата, рассчитанные с помощью ансамбля моделей общей циркуляции атмосферы и океана СМ1РЗ // Метеорология и гидрология. - 2008. - № 9. - С. 5-21.
9. Основные гидрологические характеристики. Алтай и Западная Сибирь. Горный Алтай и Верхний Иртыш. - М.: Гидрометеоиздат,1965. - Т.15.
- Вып. 1. - 224 с.
10. Оценить и дать прогноз возобновляемых водных ресурсов в речных системах Восточного, Центрального, Северного и Западного Казахстана с учетом влияния климатических и антропогенных факторов: Отчет о НИР / АО «ННТХ» ПАРАСАТ» ТОО «ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ» МОН РК. - Алматы, 2011. - 279 с.
11. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик.
- Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 447 с.
12. Ресурсы поверхностных вод СССР. Алтай и Западная Сибирь. Горный Алтай и Верхний Иртыш. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - Т.15, вып. 1, ч. 1. - 318 с.
13. Чигринец А.Г., Долбешкин М.В. Оценка нормы годового стока рек правобережья бассейна р. Ертис // Вопросы географии и геоэкологии, Алматы, 2012. - №2. - С. 62-67.
14. Чигринец Л.Ю. Определение расчетных гидрологических характеристик с применением персонального компьютера. - Алматы: «Каза^ университета», 2009. - 215 с.
Поступила 27.05.2013
Геогр. гылымд. канд. А.Г. Чигринец Геогр. гылымд. канд. Л.Ю. Чигринец
М.В. Долбешкин
ЕРТ1СТЩ НЕГ1ЗГ1 ОЦТYСТIК САЛАЛАРЫНЬЩ СУ БАЛАНСЫ ЖЭНЕ ОЛАРДЬЩ вЗГЕРУ ТЕНДЕНЦИЯСЫ
Цазацстан аумагындагы Ерт1с езетнщ нег1зг1 салаларынъщ эртYрлi цамтамасыздыцтардагы жергткт1 су ресурстарын аныцтау бойынша есептеулер ЖYргiзiлдi жэне цалыптасу жагдайлары зерттелдi. Yш уацыт кезещ Yшiн: 2006...2035 жж., 2016...2045 жж. жэне 2036...2065 жж., су ресурстарыныц взгеру тенденциясына болжам жасалды.
123
