CC BY
186
УДК 502/504 : 556.18
Л. Д. РАТКОВИЧ, Ю. А. РОМАНОВА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ БАЛАНС РЕКИ ИРТЫШ В ПРЕДЕЛАХ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН С УЧЕТОМ ПРОЕКТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В КИТАЙСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКЕ
Трансграничное вододеление и совместное управление водными ресурсами трансграничных речных бассейнов - одна и актуальных проблем современности. Рассматривается часть бассейна Иртыша в пределах Республики Казахстан, где осуществляется многолетнее каскадное регулирование стока Бухтарминским и Шульбинским водохранилищами. Баланс покрытия водопотребления на рассматриваемойтерриторииобусловленводохозяйственной обстановкойвКитайской Народной Республике. Вариантность притока обоснована предшествующими исследованиями. Разработана расчетная схема водохозяйственного районирования, положенная в основу имитационной водохозяйственной модели. Даны рекомендации о совместном водопользовании в бассейне Иртыша.
Трансграничные створы и бассейны, водохозяйственное районирование, имитационная модель, попуски на обводнение поймы, транспортно-энергетические попуски.
Transboundary water apportionment and joint management of water resources of cross-border river pools is one of the present actual problems. In the article there is considered a part of the Irtysh basin within the Republic of Kazakhstan where long-term cascade flow regulation by the Bukhtarminsky and Shulbinsky reservoirs is carried out. The balance of meeting water consumption in the considered territory depends on the water management situation in the People's Republic of China. The inflow variance is substantiated by previous researches. The rated scheme of water management zoning which is assumed as a basis of the simulation water management model is developed. There are given recommendations on water use sharing in the Irtysh basin.
Transboundary lines and pools,water management zoning,simulation model,releases on bottomlands flooding,transport and power releases.
Республика Казахстан - одно из наи- ние уделяет развитию экономики Синьцзян-более динамично и успешно развивающихся Уйгурского автономного района. Анализ государств. Одной из главных задач страны бассейна реки Черный Иртыш от истока до стала активная ее модернизация. Однако трансграничного створа показал, что на со-дальнейшее развитие республики без эффек- временном этапе суммарное водопотребление тивного решения задачи водного дефицита участниками водохозяйственного комплекса представляется затруднительным. Остается составило 4,2 км3 в год, тогда как в 2005 году, нерешенной задача рационального исполь- согласно схеме комплексного использования зования трансграничных рек, так как суще- водных ресурсов реки Иртыш на территории ствуют противоречия между странами верх- Республики Казахстан, водопотребление в него и нижнего течения [1]. Наиболее показа- Китае составляло не более 1,6 км3 в год. По тельна в этом отношении ситуация, которая прогнозной оценке перспективного развития возникла в бассейне реки Иртыш. На фоне Китайской Народной Республики, к 2030 бурного развития экономического потенциа- году суммарное водопотребление района мола Китайской Народной Республики появи- жет достигнуть 4,5 км3 за счет увеличения лась необходимость в проведении подробного населения на 15 %, развития промышленно-анализа сложившейся водохозяйственной го комплекса и повышения нормы водопо-обстановки в Республике Казахстан. требления [2].
Правительство Китая большое внима- Были выполнены расчеты по оценке
притока к трансграничному створу (границе Китая с Казахстаном) для трех вариантов развития с использованием разработанной воднобалансовой модели:
Вариант 1 - описан в СКИОВР бассейна Иртыша на территории Республики Казахстан (уровень развития 2005 года) - вариант «минимум»;
Вариант 2 - вариант развития событий на современном уровне (уровень развития 2010-2015 годов) - вариант «условно-современный уровень - вероятный»;
Вариант 3 - вариант развития событий на отдаленную перспективу (за 2030 годом) -вариант «максимум».
Результаты расчета по оценке притока к трансграничному створу иллюстрируются кривыми обеспеченности стока в этом створе при различных вариантах водопотребления (рис. 1).
2000
р. %
0 20 40 60 80 100
Рис. 1 Совмещенные кривые обеспеченности притока к трансграничному створу:
1 - вариант «минимум»; 2 - вариант «современный уровень»; 3 - вариант «максимум»
Как следует из рисунка, вариант, рассмотренный в СКИОВР Иртыша (ва-
риант «минимум»), существенно «отстает» от условно-современного, причем разница составляет от 2 до 4 км3 в год в зависимости от значений обеспеченности.
За последние 20 лет в Казахстане сформировался крупный водохозяйственный комплекс, включающий в себя орошение, промышленность, коммунально-бытовое хозяйство, теплоэнергетику, обводнение пастбищ, водный транспорт. Кроме того, в качестве самостоятельного водопотребителя выступает канал «Иртыш - Караганда» (уходящий за пределы бассейна реки Иртыш).
Схема водохозяйственного комплекса бассейна реки Иртыш на территории Казахстана представлена на рис. 2.
Сток реки Иртыш на территории Республики Казахстан полностью зарегулирован тремя водохранилищами: Бух-тарминским (многолетнего регулирования), Усть-Каменогорским (контр-бьеф) и Шульбинским (сезонного регулирования).
В качестве исходных данных для проведения водохозяйственного анализа в пределах Казахстана были использованы гидрологические характеристики стока, кривые зависимости расходов в створах сооружений, сведения о режиме работы Бухтарминской и Шульбинской гидроэлектростанций, требования водопотреби-телей и правила использования водных ресурсов. Гидрологической основой для водохозяйственных расчетов послужили следующие сведения, предоставленные ОАО «Институт Гидропроект»: о стоке реки Иртыш - притоке с вышележащего участка бассейна реки Иртыш к Бух-
88 з
Рч и
Я I ВХУ VIII
9. в
0,026 км | - р. Иртыш
. 8 а ^
0,026 км11
Канал Иртыш-Караганда
0,011 км |
■ I -
0,015 км"
к И бес
- р. Иртыш^
£ 0,002 км'
0,01 км"
0,012 км"
3
о.
0,011 км' 0,015 км'
►
л 04 _—.
Е а а
X х X
со (О
ОЭ аз
о о ©
о о
0,075 км
оз. Маркаколь
й и
а «
Рис. 2. Схема водохозяйственного комплекса бассейна реки Иртыш на территории Казахстана: - реки; ^^ озера; ^ водохранилища; 1=^ орошаемые земли; — каналы; — государственная граница; •—» расчетные створы; о крупные города
тарминскому водохранилищу; о боковой приточности на участке Бухтарминская ГЭС - Шульбинская ГЭС.
Участок реки Иртыш от границы Республики Казахстан с Китайской Народной Республикой до границы с Российской Федерацией был разделен на три расчетных водохозяйственных участка:
участок 6 (от границы с Китаем до створа БГЭС), 7 (от створа БГЭС до створа ШГЭС) и 8 (от створа ШГЭС до границы с Россией) (см. рис. 2).
Расчетные гидрологические характеристики казахстанской части реки Иртыш по участникам представлены в таблице.
Расчетные гидрологические характеристики реки Иртыш на территории Казахстана
Номер створа тыс.км2 ь, км I, о/оо Параметры годового стока
^ , млн м3 С V г а q, л/скм2
6-6 142 1055 0,20 18774 0,23 0 5,8
7-7 254 1289 0,50 29069 0,22 0 5,8
8-8 578 2168 0,14 27900 0,20 0 5,8
На основе полученных данных были построены кривые обеспеченности годового стока в расчетных створах реки Иртыш (рис. 3).
40000 35000
„ 30000
г
§25000 §
я 20000
о
1315000
л
110 000
о
щ
5000 0
Р, %
0 20 40 60 80 100 Рис. 3. Кривые обеспепеченности годового стока Иртыша: 1 - створ 6-6; 2 - створ 7-7; 3 - створ 8-8
Основу водохозяйственного комплекса на данном участке реки представляют водный транспорт и энергетика. Соответственно суммарные требования формируются из транспортно-энергетических попусков, отраслевого водопотребления и расходов для обводнения поймы. Комплексные попуски в соответствии с правилами управления водными ресурсами в Бухтарминском (430 м3/с) и Шульбин-ском (650 м3/с) водохранилищах должны гарантировать транзитное судоходство через границу Республики Казахстан до створа города Омска с мая по октябрь в режиме многолетнего регулирования стока. Зимние энергетические попуски осуществляются в период с ноября по март. Минимальный расход каскада 320 м3/с
необходим для поддержания нормальной работы водозаборных сооружений города Омска.
Рассматривались три варианта развития, при которых суммарное водопотре-бление водных ресурсов Иртыша Казахстаном составило:
вариант 1 - вариант «минимум» -2,9 км3, из них забор в канал «Иртыш -Караганда» - 0,63 км3;
вариант 2 - вариант «современный уровень» - 2,2 км3, из них КИК - 1,2 км3;
вариант 3 - вариант «максимум» -3,5 км3, из них КИК - 2,35 км3.
Совокупный режим требований, предъявляемых к водным ресурсам в трансграничном створе(границаРеспубли-ки Казахстан и Российской Федерации), характеризуется гидрографом (рис. 4).
м3/с 3400
^ /—V НЧННННк>к><1—1НННЧ1—1НН
& ^ ьч ЬЧ ^ /Ъ ^ >-ч н н
Месяцы
К к
0) 0)
ч ч
^ со
> N
Рис. 4. Гидрограф суммарного водопо-требления на территории Республики Казахстан: 1 - обводнение почвы; 2 - энергетика; 3 - водный транспорт;
4 - канал «Иртыш - Караганда»;
5 - отраслевое водопотребление
Обводнение поймы - 3400...3500 м3/с - 4,5 км3; энергетика - 450 м3/с - 7,04 км3; транспортные попуски - 650 м3/с - 10,34 км3; КИК - 76 м3/с - 1,2-2,5 км3; КПБ + отраслевое водопотребление + КИК - 32,4 м3/с - 1 км3.
Современный режим работы Бухтар-минского и Шульбинского водохранилищ существенно отличается от режима, установленного «Правилами использования водных ресурсов Верхне-Иртышского каскада водохранилищ», утвержденными Комитетом по водным ресурсам Республики Казахстан в 2002 году. Современные условия требуют существенной переработки этого документа.
Основная сложность режима заключается в том, что неконтролируемая при-точность реки до контрольного граничного створа оценивается примерно в 10 км3/год. В частности, один из основных водопользователей - обводнительный попуск на пойму не осуществлялся в оптимальном режиме вследствие неудовлетворительного наложения половодных расходов рек Убы и Ульбы на попуски Бухтарминской ГЭС.
В связи с изложенным было принято решение о внедрении конкретной модели функционирования каскада, алгоритм которой основывается на уравнениях водохозяйственного баланса. В качестве гидрологической информации использовали многолетний расчетный гидрологический естественный ряд продолжительностью 59 лет в трансграничном створе (створ 5-5) и в створе БГЭС (створ 6-6), который определялся обстановкой в верхнем бассейне.
В основу алгоритма легли следующие балансовые уравнения и ограничения: ВХБбх = ± АУ, - жБ - д- ;
ВХБшб = ± АУШ - Wш - - Цш;
= у^ ±ДУ,б ;0 < у,, < Убтх ; У,ш = у±ду>ш ;0 < у>ш < ушул ; V0 = Vш ; Vб = Vб - условие замыкания ряда,
где 5Б, 5Ш - объемы стока за расчетный интервал; ±ДУ - сработка, наполнение водохранилища в расчетном интервале; WВ, WШ - водопотребление, отнесенное к расчетным створам; V. В - текущее наполнение полезного объема Бухтарминского водохранилища на конец расчетного интервала времени; V. Ш - текущее наполнение полезного объема Шульбинского водохранилища на конец расчетного интервала времени; ДWIП - дополнительный запрос к Бухтарминскому водохранилищу снизу; Ьв, ЬШ - потери из водохранилищ; V , VШУЛ - полезный объем Бухтарминского и Шульбинского водохранилища.
Расчеты с использованием модели производили для отмеченных вариантов развития ситуации, прежде всего в КНР, а затем в Казахстане.
Далее для каждого сценария оценивали максимальную гарантированную отдачу каскада. Определяющими показателями состояния водохозяйственного комплекса на территории Казахстана выступали транспортно-энергетические и комплексный попуски, точнее, уровни их поддержания в каждом из вариантов. Другие отраслевые требования в силу их значительно меньших объемов и высокого приоритета выдерживались бесперебойно. Суммарную гарантированную отдачу каскада при этом определяли регулирующей способностью водохранилищ и объемом притока из КНР.
На рисунке 5 приведены гидрографы попусков Бухтарминской и Шубин-ской ГЭС, которые реально гарантируются при объемах водопотребления, указанных выше.
Месяцы
Месяцы
Рис. 5. Совмещенный график обеспечиваемых комплексных попусков по вариантам развития водохозяйственной обстановки для створов Бухтарминской и Шубинской ГЭС: соответственно 1 - максимальный; 2 - вероятностный; 3 - минимальный; 4 - проектный
Варианты просчитывались на модели при условии обязательного обеспечения обводнительного попуска на пойму Иртыша в объеме 2,94 км3 в год, который осуществляется расходом 3400 м3/с в течение 10 сут. К сожалению, сохранение проектного (имеется в виду СКИОВР Оби и Иртыша 1981 года) объема попуска 4,5 км3, производимого за период 15 сут, практически невозможно вследствие сложившихся реалий.
Значения транспортно-энергетических попусков подобраны с учетом следующих критериев удовлетворения водопотребления: обеспеченность обводнительного пойменного попуска - 75 % по числу бесперебойных лет; энерго-транспортных - 80...90 %; минимальных попусков (320 м3/с) для нормальной работы водозаборов Омска - 95 % [1].
Заключение
Реализация проектов территориального перераспределения стока в КНР сопровождается уменьшением притока в Казахстан на 1,6.4,5 км3 год. Для современного варианта развития события поддержание даже сокращенных навигационных расходов 600 м3/с возможно только в течение одного месяца при минимально урезанном режиме пойменного попуска. Что касается зимних попусков, то они не выдерживаются. Суммарная гарантированная отдача каскада оценена в диапазоне 17,8.22,6 км3,
что соответствует сокращению проектной водоотдачи на 3,35.8,18 км3.
После уточнения и согласования режима регулирования стока в регионе необходимо разработать надежные правила управления водными ресурсами Иртыша от створа Бухтарминской ГЭС до Омска. Также необходимы более активные действия со стороны России, так как минимальные попуски к Омску не гарантированы.
1. Козлов Д. В., Раткович Л. Д. Водохозяйственные аспекты трансграничного вододеления и совместного управления водными ресурсами: Управление трансграничными водными ресурсами: материалы Второй международной конференции (3-4 июня 2010 года). - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2010. - С. 165-169.
2. Раткович Л. Д., Романова Ю. А. Схема водохозяйственного анализа верхнего и среднего Иртыша // Природообустройство. -2012. - № 4. - С. 57-61.
Материал поступил в редакцию 16.06.14. Раткович Лев Данилович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Комплексное использование водных ресурсов и гидравлика» Тел. 8 (495)976-21-56 E-mail: levkivr@mail.ru
Романова Юлия Анатольевна, аспирантка
УДК 502/504 : 627.81
Д. А. АЛИЕВ, О. Е. КУЛЕШОВА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ПРАВИЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА (НА ПРИМЕРЕ НЕРЮНГРИНСКОЙ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ)
Разработка «Правил использования водохранилищ» - одна из первостепенных задач, стоящих перед водным хозяйством России. Обобщен круг задач реального проектирования, возникающих при разработке таких правил, на примере небольших водохранилищ Дальнего Востока.
Правила использования водохранилищ, водохранилища Якутии, Нерюнгринское водохранилище.
Development of "Rules of water reservoirs use" is one of the paramount tasks facing the water economy of Russia. There is summarized the range of tasks of real designing arising when working out such rules by an example of small water storages in the Far East.
Rules of water reservoirs use, reservoirs of Yakutia, the Neryungri water reservoir.
2' 2014
Я
