ВНУТРИГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТОКА РЕКИ ЖАЙЫК И ЕГО ОСНОВНЫХ ПРИТОКОВ Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

Гидрология

Гидрология

Hydrology

УДК 504.45 (556.18)

Ж. Ж. Смагулов, Г. Р. Баспакова

Научный сотрудник (АО «Институт географии и водной безопасности», Алматы, Казахстан)

ВНУТРИГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТОКА РЕКИ ЖАЙЫК И ЕГО ОСНОВНЫХ ПРИТОКОВ

Аннотация. Представлены результаты анализа многолетних тенденций изменения внутригодового распределения стока реки Жайык и его основных притоков. Исследования проведены на основе стандартных методов статистического анализа с использованием значений суточных, среднемесячных, максимальных и минимальных величин стока. Рассмотрена многолетняя динамика параметров стока с учетом фаз различной водности. Установлено, что водный режим исследуемых рек характеризуется тенденцией сокращения доли весеннего половодья и увеличения доли меженного стока, особенно зимнего. Увеличение зимнего стока происходит в результате климатически обусловленного изменения, проявляющегося в устойчивой тенденции роста среднемноголетней температуры воздуха как внутри сезонов, так и год от года. Антропогенное воздействие в виде регулирования стока водохранилищами вносит аналогичные изменения в режим стока, и в текущих условиях, вероятно, требует внесения корректировок в режим регулирования стока.

Ключевые слова: водный режим, межень, половодье, сток реки, трансформация стока.

Введение. В ряде научных исследований [1-3], изучающих проблему изменения водных ресурсов и речного стока, обращают внимание на характер межгодовой изменчивости речного стока того или иного региона в условиях изменяющегося климата и антропогенного воздействия. Годовые показатели стока усредняют те изменения, которые происходят внутри года и не отражают реальной картины изменения водного режима рек как в целом по бассейну рек, так и на региональном уровне, тогда как именно внутригодовое распределение стока имеет практический характер непосредственно для водопользователей.

Постановка проблемы. Вследствие невыгодного географического положения в низовьях трансграничных бассейнов рек Республика Казахстан в значительной степени зависит от водохозяйственной деятельности в таких сопредельных странах, как Китай, Узбекистан, Кыргызстан, Россия. Все крупные реки - Жайык, Сырдария, Ертис, Иле, Шу и Талас являются трансграничными, зарегулированы соседними государствами, крайне неравномерно распределены и загрязнены. Вполне очевидно, что в Казахстане существуют значимые внешние угрозы изменения речного стока, которые уже становятся очевидными. Жайык-Каспийский бассейн также является одним из 7 трансграничных бассейнов, делящих воду с Россией по рекам Жайык, Елек, Ор, Шаган, Сары-Озен, Кара-Озен, Кобда, Волга. Казахстан зависит на 70-75 % от притока по р. Жайык. Как показывает климатическая ситуация, в последние годы наблюдаются засуха и маловодье в западной части Казахстана, приводящие к экономическим потерям и социальной напряженности. В то же время нашей стране необходимо рассчитывать на потенциальные возможности именно местного стока. Актуальность исследования изменений, происходящих именно в режимных характеристиках речного стока, наиболее высока в современном разрезе времени для практических целей управления водными ресурсами.

Жайык-Каспийский водохозяйственный бассейн (рисунок 1) располагается в Северном полушарии, в центре Евразийского материка, на средних географических широтах. Значительное удаление территорий от океанов и высокогорных систем обусловливает континентальный климат.

Рисунок 1 - Физико-географическая карта Жайык-Каспийского ВХБ

Влияние вод Каспийского моря незначительно и ограничено неширокой прибрежной полосой. В зимний период под действием Азорского и Сибирского антициклонов на большей части территории наблюдается преимущественно ясная и холодная погода. Лето жаркое, с резко возрастающей засушливостью по мере удаления на юг [4].

Жайык-Каспийский гидрографический бассейн расположен в квадрате 41о20/-50о40/ северной широты и 46о20' - 58о40' восточной долготы в западной части Казахстана. Охватывает территорию четырех областей, площадь которых составляет 640,87 тыс. м2, в том числе: Атырауская -118,6 тыс.км2, Актюбинская - 205,3 тыс.км2 (кроме Айтеке Би и Ыргызского районов), Западно-Казахстанская - 165,8 тыс.км2, Мангыстауская - 151,3 тыс.км2 [5-7].

Сток рек Казахстана характеризуется большой межгодовой и внутригодовой изменчивостью, причем объемы стока частых маловодных и редких многоводных лет могут отличаться в два раза и более. Начиная с конца 1980-х годов, внутригодовой сток рек претерпел серьезные изменения параллельно с климатическими изменениями. Таким образом, изменился водный режим рек,

произошло перераспределение речного стока внутри года. В этой связи чрезвычайно важно исследовать внутригодовую изменчивость, многолетнюю динамику сезонного и месячного стока рек. Также внутригодовой режим рек имеет большое практическое значение при водохозяйственных мероприятиях для нужд орошения, водоснабжения, борьбы с наводнениями, мостовых переходов и других сооружений на реках. Составными частями внутригодового режима являются половодье, межень и паводок. Характерные элементы стока половодья - объем, максимальный расход и общая продолжительность, а также его очертание.

По фактическим данным стока половодья проведен анализ тенденций его изменения. На рисунке 2 приведены графики изменений значений объемов, максимальных расходов и продолжительности половодий. На графике отчетливо видно уменьшение как объемов половодья, так и максимальных расходов половодья с 70-х годов прошлого столетия. В то же время продолжительность половодий последних лет не сократилась, а напротив, идет некоторое увеличение. Отчасти трансформация водного режима происходит из-за регулирования стока крупными водохранилищами (Ириклинским на р. Жайык, Актюбинским, Каргалинским на р. Елек), но эти тенденции наблюдаются и на других реках исследуемого бассейна, не имеющих крупных регулирующих емкостей. Такие изменения параметров половодья можно объяснить климатическим воздействием на распределение стока внутри года.

Рисунок 2 - Годовые объемы половодья, максимальный сток и продолжительность половодья по: а - р. Жайык - с. Кошим; б - р. Елек - г. Актобе; в - р. Ор - с. Богетсай; г - р. Улкен Кобда - с. Кобда

Динамика многолетних изменений внутригодового стока отчетливо отражается показателем, представляющим собой соотношение средних расходов маловодных сезонов и его многолетней динамики [3] (рисунок 3).

Изменение доли речного стока рассматривалось за три сезона (зимняя межень, летне-осенняя межень, весеннее половодье) и за три периода: 1948-1973 гг. - условно-естественный, кроме р. Жайык; 1974-1998 гг. - с нарушенным режимом стока в результате антропогенного воздействия, с небольшими климатическими изменениями; 1999-2019 гг. - с нарушенным режимом стока в результате антропогенного воздействия и значительных климатических изменений. Также периоды согласуются с циклами водности рек: нисходящий период - маловодный и восходящий - многоводный (см. рисунок 2).

Период сезона связан с гидрологическими явлениями на реке. Весенний период с апреля по июнь, в этом сезоне проходит весеннее половодье. Летне-осенний сезон выбран с июля по ноябрь, в данном сезоне наблюдается меженный сток. За зимний сезон выбран период с декабря по март, так как в это время отмечаются ледовые явления на реках.

б

а

в

г

0201010800320101000002010101

Рисунок 3 - Изменение доли речного стока в отдельные сезоны года

По ГП р. Жайык - с. Кошим изменения не так значительны за 1974-1998 гг. - по сравнению с предыдущим периодом 1948-1973 гг. доля зимнего стока увеличилась на 5,5%. В последнем периоде 1999-2019 гг. по сравнению с первым 1948-1973 гг. доля весеннего стока уменьшилась на 12,4%, доля летне-осеннего стока возросла на 6,4%, доля зимнего стока повысилась почти на 6%.

По ГП р. Елек - г. Актобе доля весеннего стока в последнем периоде сократилась на 23,1% по сравнению с предыдущим периодом, в то время как доля зимнего стока увеличилась почти в 2 раза и летне-осеннего - почти в шесть раз.

По ГП р. Ор - с. Богетсай доля весеннего стока за период 1974-1998 гг. по сравнению с предыдущим периодом 1948-1973 гг. увеличилась на более 7%, доля летне-осеннего стока уменьшилась на 46%, доля зимнего стока снизилась на 58%. В последнем периоде 1999-2019 гг. по сравнению с первым 1948-1973 гг. доля весеннего стока сократилась на 6%, доля летне-осеннего стока увеличилась в три раза, доля зимнего стока уменьшилась на 1%.

По ГП р. Кобда - с. Кобда доля весеннего стока за последний период 1999-2019 гг. по сравнению с 1974-1998 гг. снизилась на 9,8%. Доля летне-осеннего стока возросла на 3,1%, зимний сток повысился на 6,5%.

Для выявления тенденции изменения климатического (естественного) стока, в том числе стока половодья и межени, реконструированы ряды наблюдений в условно-естественный сток для исключения антропогенного влияния и выявления климатический изменений.

В результате реконструкции получены непрерывные ряды годового стока за 1940-2019 гг. Однано для дальнейших исследований за расчетный период были взяты 1974-2019 гг., так как в основном изменение стока, формирующегося в РК, наблюдается с 1975 г., не считая стока крупной транзитной реки Жайык, который был подвержен изменению с 1957-1958 гг. на территории сопредельной страны (в связи со строительством Ириклинского и других водохранилищ). По этим

--'p iLh-ii j t.ar'II к)¡Г'и

I ч еДч» <f Ж к - > K»u -» l с 1ь;на«)чИ

--1Л :taMiku4Ht Vgakil

-Mi ' iM( UkJii

LT

'Й5 («щи* м

1 1 1 m/LJ

4М - 1 1 >1 П«Л 1 f Л A L Щц

1 M i л/ 1 1

Upщ ч f V

1 in -

шш

-Ш Ниофмявют

Mlp 1 Lritlid " ■ t "Г.......'

-Л...... Л* II1441 .1*1 и,|ХЦ"

Рисунок 4 - Тенденции изменения стока и климатических параметров

рядам мы оценили тенденцию изменения годового стока по нескольким рекам (рисунок 4). Общие черты изменения климата - это повышение температуры воздуха на всей территории бассейна и статистически не значимая, разнонаправленная тенденция изменения годовых сумм осадков.

Сравнительный анализ гидрологического режима рек Жайык-Каспийского бассейна с метеорологическими показателями (атмосферные осадки, температура воздуха) показал, что тренд атмосферных осадков имеет тенденцию небольшого уменьшения или же находится в пределах нормы, а температура воздуха имеет ярко выраженную тенденцию роста, в связи с этим водность рек бассейна имеет тенденцию уменьшения особенно в последнее десятилетия почти во всей территории этого бассейна в РК.

Заключение. В результате глобальных и региональных климатических аномалий, проявляющихся в увеличении околоземной температуры, происходят общее уменьшение стока и трансформация сезонных составляющих стока аридных территорий. Отмечаются сдвиги в режиме водных объектов суши в виде увеличения зимнего и летне-осеннего меженных стоков за счет сокращения стока половодья.

Данные результаты согласуются с другими научными публикациями. С завершением условно-естественного периода после 1974 г. параметры весеннего половодья изменились: снизилась его доля в годовом стоке до 65-75% (за исключением р. Ор); на участках рек, испытывающих заметное антропогенное воздействие, особенно со стороны водохранилищ, уменьшились объем половодья (Wп) и максимальный сток ^макс), а также высота половодья и опасность наводнений; начало и окончание половодья сместились на более ранние даты; изменилась форма гидрографа половодья. Изменился характер связей между параметрами стока; уменьшилась их теснота. Произошла трансформация летне-осенней межени с паводками, начинающейся с окончанием половодья (в мае-июне) и завершающейся с установлением ледостава на реках (в ноябре-декабре). Антропогенные и климатические факторы повлияли на рост параметров летне-осенней межени, увеличив WЛo (в 1,3-1,6 раза и более, за исключением р. Ор), его долю в годовом стоке (варьировала от 5 до 20%, стала 15-25%). Сама межень стала более продолжительной, в частности на постах Кошим и Махамбет (Тополи) - на 14-16 сут. Аналогичные по направленности изменения, но большие по величине зафиксированы в отношении параметров зимней межени (третьей основной фазы водного режима), за исключением лишь одного - ее продолжительность уменьшилась [2].

ЛИТЕРАТУРА

[1] Киреева М.Б., Фролова Н.Л., Рец Е.П., Самсонов Т.Е, Телегина Е.А., Харламов М.А., Езерова Н.Н., Пахомо- ва О.М. Паводочный сток на реках европейской территории России и его роль в формировании современного водного режима // Водное хозяйство России. - 2018. - № 4. - С. 48-68.

[2] Магрицкий Д.В., Евстигнеев В.М., Юмина Н.М., Торопов П.А., Кенжебаева А.Ж., Ермакова Г.С. Изменения стока в бассейне р. Урал // Вестник Московского университета. Серия 5. География. - 2018. - С. 90-101.

[3] Сивохип Ж.Т., Павлейчук В.М. Современные тенденции внутригодового распределения речного стока в бассейне реки Урал // Известия Иркутского государственного университета. - 2020. - Т. 33. - С. 112-123.

[4] Ресурсы поверхностных вод СССР. Урало-Эмбинский район. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - Т. 12, вып. 2. - 511 с.

[5] Водные ресурсы Казахстана: оценка, прогноз, управление. Ресурсы речного стока Казахстана. Возобновляемые ресурсы поверхностных вод Западного, Северного, Центрального и Восточного Казахстана / Под научн. ред. Р. И. Гальперина. - Алматы, 2012. - Т. VII, кн. 1. - 684 с.

[6] Схема комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р. Урал (Жайык) с притоками в Казахстане. - Алматы, 2005. - Т. 1, кн. I. - 190 с.

[7] Отчет о НИР. Водная безопасность Республики Казахстан: геопространственная информационная система «Водные ресурсы Казахстана и их использование». «Ресурсы речного стока: ретроспективное и перспективное состояние» (пром-ежуточный) / Рук. Ж. Д. Достай. - Алматы: ТОО Институт географии, 2014. - 360 с.

REFERENCES

[1] Kireeva M.B., Frolova N.L., Rets E.P., Samsonov T.E., Telegina E.A., Kharlamov M.A., Yezerova N.N., Pakhomova O.M. Flood runoff on the rivers of the European territory of Russia and its role in the formation of the modern water regime // Water economy of Russia. 2018. N 4. P. 48-68 (in Russ.).

[2] Magritskiy D.V., Evstigneev V.M., Yumina N.M., Toropov P.A., Kenzhebaeva A.Zh., Ermakova G.S. Flow changes in the basin of theUral // Bulletin of the Moscow University. Series 5. Geography. 2018. P. 90-101 (in Russ.).

[3] Sivohip J.T., Pavleychuk V.M. Modern trends of intra-annual distribution of river runoff in the Ural River basin // Izvestiya Irkutsk State University. 2020. Vol. 33. P. 112-123 (in Russ.).

[4] Surface water resources of the USSR. Ural-Embinsky district. L.: Hydrometeoizdat, 1970. Vol. 12, issue 2. 511 p. (in Russ.).

[5] Water resources of Kazakhstan: assessment, forecast, management. Resources of the river flow of Kazakhstan. Renewable surface water resources of Western, Northern, Central and Eastern Kazakhstan / Pod scientific ed. by R. I. Galperin. Almaty, 2012. Vol. VII, book 1. 684 p. (in Russ.).

[6] Scheme of integrated use and protection of water resources of the Ural river basin (Zhaiyk) with tributaries Kazakhstan. Almaty, 2005. Vol. 1, book I. 190 p. (in Russ.).

[7] Research report. Water security of the Republic of Kazakhstan: Geospatial information system "Water resources of Kazakhstan and their use" "River flow resources: retrospective and prospective state" (intermediate) / Ruk. Zh. D. Dostay. Almaty: Institute of Geography LLP, 2014. 360 p. (in Russ.).

Ж. Ж. Смагулов, Г. Р. Басиакова

FbrnbMH кызметкер («География жэне су каушаздш институты» АК, Алматы, Казахстан)

ЖАЙЬЩ 6ЗЕН1 АГЫНЫНЫЦ ЖЭНЕ ОНЬЩ НЕГ1ЗГ1 САЛАЛАРЫНЬЩ ЖЫЛ 1Ш1НДЕГ1 6ЗГЕР1СТЕР1

Аннотация. Жайык езеш агыныньщ жэне оньщ непзп салаларыньщ жыл iшiндегi таралуыньщ кеп жылдьщ урд^терш талдау нэтижелерi усынылган. Зерттеулер статистикалык талдаудыц стандартты эдiстерi непзшде тэулжтж, орташа айлык, ец жогаргы жэне ец теменп агыс шамаларыньщ мэндерщ пайдалана оты-рып журпзшдг Эр тYрлi сулылык фазаларын ескере отырып, агын параметрлершщ кепжылдык динамикасы карастырылады. Зерттелген езендердщ су режимi кектемп су таскыны улесшщ азаюымен жэне эсресе кыс-кы су агыныньщ улесшщ артуымен сипатталатыны аныкталды. Кыскы агыстыц улгаюы жыл мезгiлдерi шщ-де де, жылдан жылга да орташа кеп жылдык ауа температурасыныц туракты есу -урдасшде керщетш Климат-тык негiзделген езгерю нэтижесiнде пайда болады. Су коймаларыныц агынын реттеу тYрiндегi антропогендiк эсер агын режимше уксас езгерiстер енгiзедi жэне агымдагы жагдайларда агынды реттеу режимше тYзетулер енгiзудi талап етуi мYмкiн.

ТYЙiн свздер: су режим^ саба, су таскыны, езен агыны, агынды езгерту.

Zh. Zh. Smagulov, G. R. Baspakova

Researcher (JSC «Institute of Geography and Water Security», Almaty, Kazakhstan)

INTRA-ANNUAL CHANGES IN THE FLOW OF THE ZHAIYK RIVER AND ITS MAIN TRIBUTARIES

Abstract. The results of the analysis of long-term trends in the intra-annual distribution of the flow of the Zhaiyk River and its main tributaries are presented. The studies were carried out on the basis of standard methods of statistical analysis using the values of daily, monthly average, maximum and minimum values of runoff. The long-term dynamics of the flow parameters is considered, taking into account the phases of different water content. It is established that the water regime of the studied rivers is characterized by a tendency to reduce the proportion of spring flooding and increase the proportion of inter-soil runoff, especially winter. The increase in winter runoff occurs as a result of climate-driven changes, manifested in a steady trend of increasing average annual air temperature both within the seasons and from year to year. Anthropogenic impact in the form of flow regulation by reservoirs makes similar changes to the flow regime and in the current conditions probably require adjustments to the flow regulation regime.

Keywords: water regime, low water, flood, river flow, flow transformation.