CC BY
88
УДК 550.42:577.4(571.1)
Дюсебаева Зурия Сермагам-бетовна, магистрант кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Института геологии и нефтегазового дела Казахского Национального Технического Университета им. К.И. Сатпаева, г. Алматы.
E-mail: [email protected]
Область научных интересов: гидрология, управление водными ресурсами.
МНОГОЛЕТНЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ ВОДНОГО СТОКА Р. ЧЕРНЫЙ ИРТЫШ И УСЛОВИЙ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ (РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН)
З.С. Дюсебаева
Казахский Национальный Технический Университет им. К.И. Сатпаева, г. Алматы E-mail: [email protected]
Выполнен статистический анализ многолетнего изменения расходов воды р. Черный Иртыш в створе с. Буран (Республика Казахстан, Восточно-Казахстанская область) и климатических условий формирования водного стока по данным гидрологических и метеорологических наблюдений за период с 1938 по 2008 гг. Выявлено уменьшение расходов воды р. Черный Иртыш в июле и августе и увеличение в марте, общее увеличение температуры атмосферного воздуха в равнинной части бассейна р. Иртыш (метеостанция г. Омск). Значимые изменения температуры воздуха горных районов не выявлены (метеостанция г. Змеиногорск).
Ключевые слова:
Черный Иртыш, статистический анализ, проверка на однородность и случайность, изменение стока р. Иртыш.
В последние десятилетия во многих регионах мира наблюдается напряженная водохозяйственная и экологическая ситуация вследствие нерационального использования и неудовлетворительной охраны водных ресурсов. Ее преодоление невозможно без решения целого ряда проблем, которые условно можно объединить в четыре группы: 1) научные; 2) управленческие; 3) инженерные; 4) проблемы культуры природопользования. Эти проблемы тесно взаимосвязаны и неотделимы друг от друга. Очевидно, что такие изменения должны отразиться на водном балансе речных бассейнов и условиях ведения хозяйственной деятельности. В данной работе эта проблема рассмотрена на примере р. Черный Иртыш. Выбор объекта обусловлен необходимостью детального изучения водно-экологической ситуации, потому что р. Черный Иртыш является трансграничной рекой, протекающей по территории 2 государств - Китайской Народной Республики и Республики Казахстан, и имеет большое значение для социально-экономического развития региона.
Черный Иртыш начинается на ледяных склонах Монгольского Алтая на высоте 2500 м, в западной части Китайской провинции Синцзянь, низовья Иртыша находятся в Омской и Тюменской областях России. Протяженность реки Иртыш по территории КНР - 618 км. Бассейн реки занимает обширное пространство, площадь которого составляет 354,15 тыс. км2. Рельеф местности отличается сложностью и разнообразием. Здесь наблюдаются все высотные степени рельефа от равнин до высокогорий. На юго-востоке казахстанской части бассейна простирается равнина Зайсанской впадины, в центре которой расположено оз. Зайсан. Зайсанская равнина с юга обрамлена горной системой Алтая с хребтами Листвягой, Халзуном и Тигирецким. С запада бассейн р. Иртыш ограничен хребтами Тарбагатайским и Калбинским. В северной части территории расположена Кокчетавская возвышенность, которая является северной окраиной Центрального Казахстана, называемая Казахским мелкосопочником.
Иртыш входит в пределы Казахстана судоходной рекой, со среднемесячным расходом около 300м3/сек. Общая длина реки Иртыш - 4280 км, в том числе в пределах Казахстана 1698
км. Площадь водосборного бассейна реки на границе Казахстана с Россией составляет 544000 км2. Питание смешанное, с преобладанием снегового. Дождевое питание не превышает 15.. .20 %. На рис. 1 представлено местоположение р. Иртыш в пределах Республики Казахстан.
Местоположение бассейна р. Иртыш (Ертис)
Рис. 1. Местоположение бассейна р. Иртыш (Казахстан)
Сток реки зарегулирован каскадом Иртышских водохранилищ - Бухтарминское (проектный объем 49,6 км3), Усть-Каменогорское (0,66 км3) и Шульбинское (2,39 км3).
Информационную основу выполненного исследования составляют данные: 1) метеорологические данные г. Омск и г. Змеиногорск [1]; 2) расходы, уровни реки Иртыш на сети пунктов водных объектов Производственного Кооператива «Казгипроводхоз» с 1938 по 2008 гг. по гидрологическому посту с. Буран [2].
Методика исследований
Методика исследований включала:
• обобщение материалов, полученных из разных источников, их визуальный анализ;
• статистический анализ многолетних изменений расходов воды;
• проверку временных рядов на однородность и случайность.
Режимные наблюдения на р. Иртыш в створе с. Буран, по которому выполнялись расчеты исследования расходов воды, ведутся с 1938-2008 гг.
Корректное использование информации при проведении гидрологических расчетов предполагает ее обязательный анализ на случайность, однородность и согласие эмпирической и теоретической кривой распределения. Спецификой гидрологических расчетов является то, что в случае наличия данных наблюдений они сводятся к применению аналитических функций распределения ежегодных вероятностей превышения (кривых обеспеченностей). Таким образом, один из элементов статистического анализа - проверка на согласие эмпирической и теоретической кривых распределения - одновременно является и одной из важнейших задач гидрологических расчетов [3].
Статистический анализ гидрологических данных включал в себя, прежде всего, проверку нулевых гипотез о случайности и однородности рядов наблюдений. Проверка гипотезы случайности рассматриваемой величины или функции является неотъемлемым этапом статистического анализа. Сущность проверки заключается в выяснении вопроса, является ли изменение данной величины случайным или закономерным, связанным с каким-либо постоянно действу-
ющим физическим фактором. Для этого используются критерии, основанные на сравнении свойств исследуемого процесса со свойствами последовательности, в которой тренд заведомо отсутствует [4]. В работе мы применяли параметрические критерии Фишера и Стьюдента - для проверки однородности выборочных дисперсий. Однородность двух выборок, состоящих из нормально распределенных случайных величин, можно проверить с помощью критерия Фишера:
Э >°1 > °г>
°2
критерий Стьюдента для случайных величин, распределенных по нормальному закону:
(с Л _ \А1-А21
Результаты исследования и их обсуждение
В результате выполненного исследования при уровне значимости 5 % выявлено: 1) статистически значимое уменьшение расхода воды в июле и августе; 2) увеличение расхода воды в марте (табл. 1).
В целом за год значимых изменений не отмечено. Отмеченные изменения водного стока объясняются:
• в первом случае - предположительным увеличением испарения с водной поверхности водохранилищ, построенных и введенных в эксплуатацию в Казахстане и КНР в 1069-1970 гг. (по сравнению с водосборной территорией);
• увеличением водоотбора в летние месяцы на орошение;
• общим увеличением испарения с водосбросом за счет потепления климата.
Косвенным подтверждением данных предположений служит выявленные нарушения однородности и неслучайное изменение (линейный тренд) среднемесячной температуры атмосферного воздуха на метеостанции г. Омск (табл. 2, рис. 1).
Вместе с тем следует отметить, что в горных районах бассейна р. Черный Иртыш - метеостанции г. Змеиногорск, статистически значимые изменения температуры атмосферного воздуха не установлены (табл. 3, рис. 2). Можно предположить, что климатические изменения в большей степени проявляются в равнинной части водосбора, где и наблюдаются наибольшее антропогенное воздействие на окружающую среду.
Во втором случае (увеличение расхода воды в марте) изменение водного стока предположительно связано с более ранними сроками половодья за счет роста температуры атмосферного воздуха и смещения границ гидрологических сезонов водного режима. Возможно, что некоторая часть увеличения расхода воды может быть связана с регулированием стока на выше-расположенных участках в КНР.
Таблица 1. Результаты проверки на однородность и случайность среднемесячных и среднегодового значения расхода воды у с. Буран, Черный Иртыш
Расчетный интервал Период А, м3/с о, м3/с Бк/Бка М/М, Рк/Рка
Январь 1938-2008 62,9 12,7 0,32 0,60 0,91
Февраль 1938-2008 59,3 12,0 0,16 0,69 0,92
Март 1938-2008 69,0 18,1 0,39 0,60 1,59
1938-1960 64,6 16,9 - - -0,20
1960-2008 71,1 18,5 - - 2,28
Апрель 1938-2008 219,8 95,5 0,41 0,91 0,61
Май 1938-2008 651,3 217,9 0,04 0,69 0,12
Июнь 1938-2008 989,3 375,3 0,72 0,69 -0,71
Продолжение табл. 1
Июль 1938-2008 594,0 284,2 1,17 0,64 -1,30
1938-1960 719,5 294,6 - - 0,69
1960-2008 533,8 261,2 - - -0,83
Август 1938-2008 353,9 130,7 1,03 0,53 -1,64
1938-1960 417,7 121,9 - - 0,67
1960-2008 323,3 124,7 - - -0,95
Сентябрь 1938-2008 224,3 96,2 0,86 0,54 -0,93
Октябрь 1938-2008 154,0 61,9 0,75 1,31 -0,54
Ноябрь 1938-2008 97,9 33,4 0,36 2,00 -0,14
Декабрь 1938-2008 67,4 17,9 0,05 0,67 0,58
Среднее за год 1938-2008 295,3 81,5 0,82 0,60 -0,83
Таблица 2. Результаты проверки на однородность и случайность среднемесячных значений температуры приземных слоев воздуха метеостанции г. Омск (1938-2008)
Расчетный интервал Период А, °С о, °С Бк/Бка №^ка Рк/Рка
Январь 1938-2008 -17,8 4,5 1,13 0,74 1,15
1938-1960 -19,6 3,8 - - 0,62
1960-2008 -17,0 4,6 - - 0,89
Февраль 1938-2008 -16,3 3,9 0,97 0,57 1,24
1938-1960 -17,6 4,0 - - -0,03
1960-2008 -15,7 3,7 - - 0,86
Март 1938-2008 -8,5 4,3 0,89 1,75 1,01
1938-1960 -9,8 5,8 - - 0,21
1960-2008 -7,8 3,1 - - 0,43
Апрель 1938-2008 3,3 2,8 0,56 0,52 0,32
Май 1938-2008 11,9 2,2 0,82 0,64 1,17
1938-1960 11,3 2,0 - - 0,35
1960-2008 12,2 2,3 - - -0,02
Июнь 1938-2008 17,5 1,9 1,03 0,80 0,99
1938-1960 16,8 1,5 - - 0,31
1960-2008 17,8 1,9 - - 0,50
Июль 1938-2008 19,3 1,8 1,08 0,58 0,84
1938-1960 18,6 1,8 - - 0,08
1960-2008 19,6 1,7 - - 0,36
Август 1938-2008 16,2 1,5 0,20 0,66 0,75
Сентябрь 1938-2008 10,5 1,6 0,21 0,77 -0,10
Продолжение табл. 2
Октябрь 1938-2008 2,3 2,1 0,5 1,05 1,57
1938-1960 1,9 1,6 - - -0,11
1960-2008 2,6 2,3 - - 0,97
Ноябрь 1938-2008 -8,2 4,0 1,11 0,60 0,95
1938-1960 -9,8 4,0 - - -0,14
1960-2008 -7,4 3,7 - - 0,75
Декабрь 1938-2008 -14,6 4,9 1,17 1,11 1,03
1938-1960 -16,6 3,5 - - 0,48
1960-2008 -13,7 5,2 - - 0,34
Среднее за год 1938-2008 4,018 2,587 0,787 0,738 0,87
Рис. 2. Изменение значений температуры приземных слоев воздуха метеостанции г. Омск
Таблица 3. Результаты проверки на однородность и случайность среднемесячных и среднегодовых значений приземных слоев температуры г. Змеиногорск (1938-2008)
Расчетный интервал Период А, °С о, °С Бк/Бка М/М, Рк/Рка
Январь 1938-2008 -14,3 3,7 0,68 0,95 0,77
Февраль 1938-2008 -14,2 4,0 0,21 0,60 0,31
Март 1938-2008 -7,7 2,9 0,01 0,52 -0,31
Апрель 1938-2008 3,5 2,4 0,06 0,74 -0,20
Май 1938-2008 12,1 1,9 0,11 0,65 -0,06
Июнь 1938-2008 17,3 1,5 0,29 0,58 0,05
Июль 1938-2008 19,3 1,5 0,51 0,88 0,36
Август 1938-2008 16,7 1,1 0,47 0,58 -0,14
Сентябрь 1938-2008 11,2 1,6 0,52 0,58 -0,39
Октябрь 1938-2008 3,6 1,7 0,32 0,76 0,15
Ноябрь 1938-2008 -6,3 4,0 0,89 0,61 0,64
Декабрь 1938-2008 -12,3 4,6 0,57 0,51 0,81
Среднее за год 1938-2008 2,408 2,575 0,386 0,663 0,165
12 месяц
- 1938-1960 ■ 1960-2008
Рис. 3. Изменение значений температуры приземных слоев воздуха метеостанции г. Змеиногорск
Заключение
Установлено статистическое значимое уменьшение стока р. Черный Иртыш у с. Буран в июле (74,2 м3/с или 25,8 %) и августе (77,4 м3/с или 22,6 %). Указанные изменения водного стока объясняются изменением климатических условий его формирования, а прежде всего общим потеплением климата, определяющим увеличение испарения и смещение границ гидрологических фаз водного режима. Изменение климата является одной из важнейших международных проблем XXI в., которая выходит за рамки научной проблемы и представляет собой комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую экологические, экономические и социальные аспекты устойчивого развития Республики Казахстан [5].
Другим важным фактором изменения стока является антропогенное влияние за счет регулирования стока, увеличения площади водных объектов и водопотребления.
Приведенные выводы требуют дальнейшего детального уточнения с привлечением более обширной метеорологической и водохозяйственной информации, а также проведения подобных исследований по всему континенту Евразия в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Материал из базы данных многолетних наблюдений. 2011. URL: http://cliware.meteo.ru/gtsmonitor/climat.html (дата обращения: 20.01.2012).
2. ПК «Казгипроводхоз», 2011. Данные о многолетнем изменении стока реки Иртыш в створе с. Буран: Казгипроводхоз инфо.
3. Рождественский А.В., Чеботарев А.И. Статистические методы в гидрологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 257 с.
4. Савичев О.Г. Гидрология, метеорология и климатология: гидрологические расчеты. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 21с.
5. Ежегодный бюллетень мониторинга изменения климата Казахстана 2010 год, Республиканское государственное предприятия «Казгидромет». - Астана, 2011. - 3 с.
Поступила 01.03.2012 г.
