Библиографическое описание:

Елбасиева Б. Б., Садвакасова С. Р., Турыспекова Э. М., Арыкбаева К. М., Оспан Г. Внутригодовое распределение стока в бассейнах рек Есиль и Нура // Молодой ученый. — 2017. — №5. — С. 104-111.



Вопрос изменения внутригодового распределения стока в бассейнах рек Есиль и Нура под воздействием хозяйственной деятельности освещен недостаточно. При решении различных водохозяйственных задач, для обеспечения гидрологической информацией заинтересованных организаций необходимо иметь количественные данные об изменениях в распределении стока внутри года и по сезонам под влиянием хозяйственной деятельности.

Из множества возможных сочетаний стока за отдельные сезоны и их части для гидрологического обоснования проектов должно быть выбрано одно расчетное сочетание (в особых случаях два или три), удовлетворяющее требованиям проектирования применительно к намечаемой схеме использования водных ресурсов. Расчетное сочетание для проектирования должно выбираться как возможное невыгодное, но не слишком редкой повторяемости, обеспечивающее задаваемую степень гарантии безаварийной и бесперебойной работы рассматриваемого водопотребителя. В связи с этим при расчете должно обращаться внимание не только водность года, но и на водность тех периодов и сезонов, которые являются лимитирующими [1].

По характеру распределения естественного стока реки Центрального Казахстана относятся к группам рек с весенним половодьем. В весенний период в течение одного двух месяцев проходит 90–95 % годового стока, а на малых реках до 100 %.

Анализ осредненных месячных сумм осадков и среднемесячных температур воздуха за 30–40 лет показал относительную стабильность их внутригодового распределения в бассейнах рр. Есиль и Нура, они не могут привести к существенным сдвигам во внутригодовом распределении стока.

Анализ внутригодового распределения годового стока в многолетнем разрезе может осуществляться с использованием метода скользящих средних, интегральных кривых месячного стока, а также путем сопоставления распределения месячного стока различных лет с различным уровнем регулирования стока на водосборе, но примерно с одинаковыми метеорологическими условиями. Используются также и расчетные способы, когда зарегулированный наблюденный сток сравнивают с восстановленными значениями. Однако ретрансформация месячного и декадного стока существующими приемами расчета [2], как справедливо отмечено в работе [3], затруднительна ввиду того, что ошибки при восстановлении стока нередко соизмеримы с месячным стоком.

В настоящее время в водохозяйственной практике применяется метод компоновки В. Г. Андреянова [1] и другие методы, в которых в той или иной мере использованы его основные положения. К этой группе относятся методы В. Л. Шульца, А. М. Владимирова [4] и другие, в которых при расчетах внутригодового распределения стока, в основу расчета берется распределение реальных лет.

К анализу методов и приемов расчета внутригодового распределения стока надо подходить одновременно как с точки зрения правильного отражения ими существующих природных закономерностей внутригодового режима стока, так и с точки зрения удовлетворения требований проектирования.

Наиболее распространенным методом расчета внутригодового распределения стока рек является метод компоновки сезонов, разработанный В. Г. Андреяновым [1]. В качестве расчетных интервалов времени принимаются обычно месяцы и сезоны, реже — декады и недели. При наличии материалов наблюдений расчет выполняется по рядам, имеющим продолжительность не менее 15 лет. Данный метод и принят при расчете внутригодового распределения годового стока рек в рассматриваемом районе.

Метод Андреянова В. Г. дает наилучшие результаты для тех рек, на которых наблюдается зависимость внутригодового распределения стока от водности года — это равнинные реки, имеющие снеговое питание. Метод основан на принятии равенства обеспеченности стока за год, лимитирующий период и лимитирующий сезон. Расчет значений стока за год, лимитирующий период и лимитирующий сезон обычно осуществляется по следующим четырем градациям водности: многоводная (Р=25 %), средняя (Р=50 %), маловодная (Р=75 %) и очень маловодная (Р=95 %).

Факт относительной устойчивости внутригодового и сезонного распределения стока на реках Есиль и Нура в естественных условиях подтверждается данными об относительном распределении стока по сезонам в условиях слабого хозяйственного развития региона (условно естественного) и после сооружения крупных водохранилищ (таблица 1). Для всех рек в условиях практически естественного режима относительные значения сезонного стока очень устойчивы даже при осреднении за короткие пятилетние периоды. Их осредненные значения от средних многолетних отклоняются в пределах от 2 до 5 %. Резкие изменения в распределении стока по сезонам имеют место после сооружения водохранилищ при интенсивном развитии экономики [5].


Таблица 1

Относительное распределение стока по сезонам впроцентах от годового, осредненное по пятилетиям

Период

р. Есиль— г. Астана

р. Есиль- г. Петропавловск

р. Нура— с. Сергиопольское

р. Нура— с. Романовское

годовой модульный коэффициент

весна (IV-V)

лето-осень (VI-X)

зима (XI-III)

годовой модульный коэффициент

весна (IV-V)

лето-осень (VI-X)

зима (XI-III)

годовой модульный коэффициент

весна (IV-V)

лето-осень (VI-X)

зима (XI-III)

годовой модульный коэффициент

весна (IV-V)

лето-осень (VI-X)

зима (XI-III)

1934–1938

0,53

92,9

6,16

0,93

0,24

76,7

17,7

5,64

0,30

89,2

10,5

0,21

0,30

86,1

11,7

2,21

1939–1943

1,50

96,7

2,83

0,49

1,42

93,0

5,28

1,69

0,75

94,3

5,42

0,26

0,82

94,5

4,79

0,67

1944–1948

1,58

94,4

3,56

2,06

1,83

93,0

5,03

1,92

1,34

90,5

9,40

0,15

1,17

87,4

11,2

1,42

1949–1953

1,12

94,9

4,29

0,81

0,81

88,8

7,75

3,49

0,78

93,0

6,73

0,26

0,79

90,7

7,89

1,40

1954–1958

1,10

93,0

5,91

1,11

1,15

89,8

7,63

2,58

0,83

80,0

19,3

0,65

0,90

82,7

15,7

1,61

1959–1963

1,46

87,0

7,67

5,29

0,93

82,3

11,9

5,79

1,05

85,5

13,3

1,23

1,34

87,8

9,66

2,58

1964–1968

0,96

92,2

5,65

2,14

0,79

89,2

7,18

3,57

0,49

92,3

6,60

1,05

0,61

82,4

13,4

4,24

1969–1973

1,20

80,7

13,9

5,41

0,97

87,1

8,60

4,34

0,93

86,6

11,8

1,52

1,15

89,1

8,97

1,92

1974–1978

0,28

78,2

14,0

7,76

0,48

83,4

8,79

7,83

1,37

41,7

52,8

5,55

0,70

72,5

19,8

7,69

1979–1983

0,58

81,0

13,1

5,95

0,86

88,5

6,87

4,59

1,13

37,2

55,8

7,01

0,99

69,7

20,5

9,85

1984–1988

1,38

80,1

12,1

7,81

1,64

90,3

6,17

3,55

1,46

40,1

54,5

5,45

1,47

65,4

24,9

9,66

1989–1993

1,29

71,5

14,7

13,8

1,17

83,6

10,2

6,21

1,70

64,0

28,3

7,71

2,14

77,1

15,6

7,33

1994–1998

0,69

58,9

24,1

17,0

1,08

85,1

8,35

6,57

0,93

61,7

29,5

8,81

0,84

64,4

24,9

10,8

1999–2003

0,35

51,6

22,4

26,1

0,64

75,4

11,8

12,8

0,96

73,9

19,8

6,31

0,77

68,5

23,6

7,83

Естественный режим

Наибольший

1,58

96,7

7,67

5,29

1,83

93,0

17,7

5,79

1,34

94,3

19,3

1,52

1,34

94,5

15,7

4,24

Средний

1,18

93,0

5,15

1,83

1,02

87,6

8,90

3,53

0,79

88,9

10,4

0,67

0,89

87,6

10,4

2,01

Наименьший

0,53

87,0

2,83

0,49

0,79

76,7

5,03

1,69

0,30

80,0

5,42

0,15

0,30

82,4

4,79

0,67

Нарушенный режим

Наибольший

1,38

81,0

24,1

26,1

1,64

90,3

11,8

12,8

1,70

73,9

55,8

8,81

2,14

77,1

24,9

10,8

Средний

0,82

71,7

16,3

12,0

0,98

84,8

8,69

6,56

1,26

53,1

40,1

6,81

1,15

69,6

21,5

8,90

Наименьший

0,28

51,6

12,1

5,41

0,48

75,4

6,17

4,34

0,93

37,2

19,8

5,45

0,70

64,4

15,6

7,33


Расчет внутригодового распределения стока по характерным годам производится по следующей схеме. После ввода исходной информации — среднемесячные расходы воды данные трансформируются в матрицу объемов стока по сезонам и ранжируется в порядке убывания. Обеспеченность рассчитывается по формуле:

(1)

Выбор реального года, наиболее близкого к заданной обеспеченности для трех основных сезонов: весна, лето-осень, зима производится таким образом, чтобы разность величин обеспеченностей «S« была минимальной.

(2)

Где — любая заданная обеспеченность; — обеспеченность весеннего стока для i-го года; — обеспеченность летне-осеннего стока для i-го года; — обеспеченность зимнего стока для i-го года.

Таким образом, выбирается реальный год, у которого среднеквадратическое отклонение обеспеченности каждого из трех сезонов минимально относительно заданной обеспеченности: многоводный год 25 %, средний по водности год 50 %, маловодный — 75 % и очень маловодный год 95 %. После нахождения реального года наиболее близкого к заданной водности, вычисляется процентное распределение относительно годового стока.

Для подтверждения изложенного выше, приведены данные об относительном распределении стока по сезонам для бассейнов рек Есиль и Нура в условиях условно-естественного режима и нарушенного режима в результате сооружения крупных водохранилищ в водосборе.

Для рек Есиль и Нура в условиях естественного режима относительные значения сезонного стока очень устойчивы при осреднении даже за короткие пятилетние периоды — отклонения значений от средних многолетних не превышают от 2 до 5 %. Резкие изменения в распределении стока по сезонам имеют лишь после сооружения водохранилищ. Итак, за пятилетие с 1969 по 1973 год весенний сток р. Есиль в створе г. Астана уменьшился почти на 18 %, а летний меженный сток увеличился примерно на величину от 6 до 13 %, зимний сток увеличился на величину от 3 до 5 %.

Для количественной оценки антропогенного изменения месячного стока и момента его нарушения под влиянием работы водохранилищ использовались интегральные кривые месячного стока. В качестве примера на рисунках 1 и 2 приведены интегральные кривые месячного стока р. Есиль — г. Астана, р. Нура — с. Романовское.

Рис. 1. Интегральные кривые месячного стока р. Есиль г. Астана

Рис. 2. Интегральные кривые месячного стока р. Нура — с. Романовское

На интегральных кривых месячного стока четко виден характер его изменения в многолетнем разрезе. Период снижения стока характеризуется отклонением интегральной кривой вниз от ее хода в естественных условиях. В этот период (апрель-май) речной сток р. Есиль в створе г. Астаны аккумулируется в чаше водохранилищ. За период сработки водохранилищ (летне-осенне-зимний период), когда зарегулированный сток существенно превышает его естественные значения, месячная интегральная кривая отклоняется вверх по сравнению с ее ходом в естественных условиях. Таким образом, анализ интегральных кривых месячного стока показал, что весенний сток за период нарушения стока в апреле и в мае месяцах соответственно уменьшился на величину от 20 до 30 %. В результате сработки водохранилищ летне-осенний меженный сток за нарушенный период увеличился от 38 % (июнь) до 130 %, а зимний сток — до 150–156 %.

В бассейне реки Есиль с середины 60-х гг. ХХ столетия по настоящее время сооружено 4 крупных водохранилища общим объемом 132,3 млн. м3 и полезным объемом 1034,7 млн. м3. В бассейне реки Нура с 1951 года по настоящее время сооружено 3 крупных водохранилища общим объемом 717 млн. м3 и полезным объемом 540 млн. м3. Выше сказанные антропогенные сооружение оказывают большое влияние на сезонное распределение стока рек Есиль и Нура (таблица 2).

Таблица 2

Сезонное распределение стока рек Есиль иНура (в% от годового)

Река-пункт

Период

Водность года

Весна

Лето-осень

Зима

IV-V

VI-X

XI-III

Есиль — г. Астана

1933–1970

Многоводные

91,6

5,00

3,17

Средние

94,4

4,39

2,30

Маловодные

95,5

3,99

1,50

1971–2005

Многоводные

75,5

14,6

9,89

Средние

71,5

18,2

10,2

Маловодные

66,8

23,2

10,1

Есиль – г. Петропавловск

1933–1970

Многоводные

76,8

19,8

3,48

Средние

69,3

25,9

4,80

Маловодные

57,6

35,4

7,30

1971–2005

Многоводные

74,1

20,0

5,94

Средние

68,4

23,9

7,66

Маловодные

56,3

32,1

11,7

Нура – жд. ст. Балыкты (с. Сергиопольское)

1935–1970

Многоводные

89,1

10,4

0,55

Средние

91,8

7,70

0,50

Маловодные

93,2

6,34

0,48

1971–2005

Многоводные

56,4

37,2

6,36

Средние

52,2

41,3

6,44

Маловодные

49,4

44,8

5,82

Нура – с. Романовское (с. Романовка)

1933–1970

Многоводные

88,5

10,1

1,36

Средние

88,7

10,3

1,03

Маловодные

87,4

11,7

0,83

1971–2005

Многоводные

73,6

20,4

5,93

Средние

69,6

21,7

8,73

Маловодные

65,9

27,3

6,82

Как видно из данных таблицы 2 в естественных условиях в многоводные годы за весенний период на реке Есиль проходило 76,8 % годового стока, за летне-осенний — 19,8, зимний — 3,48 %. В условиях нарушенного периода за весенний период стало, проходить — 74,1 %, за летне-осенний — 20 %, и зимой — 5,94 %. В многоводные годы за летне-осенний период изменение распределения меженного стока не наблюдается. Зимний сток незначительно увеличился за счет снижения весеннего стока.

Для количественной оценки изменения внутригодового распределения стока в бассейне реки Нура расчеты также были произведены по двум характерным периодам: до создания основных водохранилищ и ввода в эксплуатацию канала Ертис — Караганды имени К. И. Сатпаева, характеризующийся незначительным влиянием хозяйственной деятельности, и последующий за ним период, характеризующийся значительным антропогенным воздействием на сток.

В створе с. Сергиопольское в средний по водности год в естественных условиях за весенний период (апрель-май) проходило 91,8 %, за лето-осень 7,70 %, и за зиму — 0,50 %. В зарегулированных условиях весной стало проходить 52,2 %, а летне-осенний сезон — 41,3 %, и зимой 6,44 %.

Таким образом, за счет уменьшения весеннего стока значительно увеличился летне-осенний и зимний меженный сток. В маловодные годы за условно-естественный период весной проходило 93,3 % годового стока, в летне-осенний период — 6, 34 %, а в зимний — 0,48 %. За период нарушенного хозяйственной деятельностью режима стока в весенний период стало проходить 49,4 % от годового стока (уменьшилось в два раза), летне-осенний и зимний сток увеличился, видимо, за счет подпитки водой канала Ертис — Караганды, за счет попусков из водохранилищ до 44,8 % и 5,82 % соответственно. Анализ внутригодового распределения стока в створе р. Нура — с. Романовское показал, что внутригодовое распределение стока в зависимости от водности года колеблется незначительно (рис. 3, 4).

Рис. 3. Гидрографы стока р. Есиль в условно естественных и зарегулированных водохранилищами условиях для лет различной водности

Рис. 4. Гидрографы стока р. Нура в условно естественных и зарегулированных водохранилищами условиях для лет различной водности

Как видно по рисунком 3,4 в условиях зарегулированного стока момент нарушения естественного гидрологического режима наступает с момента заполнения водохранилища.

Для количественной оценки изменения внутригодового распределения стока в бассейнах рек Есиль и Нура расчеты были произведены для двух характерных периодов: до создания основных водохранилищ — (1933–1970 гг.), характеризующегося незначительным влиянием хозяйственной деятельности, т. е. условно-естественного периода и второго периода — (1971–2006 гг.) отличающегося от первого существенным нарушением гидрологического режима в результате глубокого многолетнего регулирования стока. Результаты исследований показали, что, за счет уменьшения весеннего стока значительно увеличился летне-осенний и зимний меженный сток. Исследования показали, что, за счет уменьшения весеннего стока значительно увеличился летне-осенний и зимний меженный сток.

По результатам выполненной работы можно сделать следующие научные выводы идать практические рекомендации:

В работе максимально собрана, проанализирована и использована накопленная информация о стоке рек исследуемой территории, включая короткие и очень короткие ряды наблюдений до 6 лет, а также обобщены данные около 150 архивных источников, имеющейся информации о хозяйственном использовании поверхностных вод в регионе. Таким образом, на наш взгляд получены наиболее точные достижимые на современном этапе сведения о влиянии хозяйственной деятельности на гидрологический режим и сток рек бассейнов Есиль и Нура.

Выделены периоды с различным уровнем хозяйственной деятельности: условно естественным (1933–1970 гг.) и нарушенным (1971–2016 гг.) стоком. В бассейне р. Есиль явная тенденция уменьшения стока отмечается до 1990 года. В последние десятилетия в связи с уменьшением водопотребления на нужды различных отраслей экономики годовой сток приближается к естественному состоянию. В бассейне р. Нура за счет подпитки водами из канала Ертис — Караганды отмечается увеличение стока.

Сделан вывод о целесообразности расчета нескольких вариантов нормы, которые могут использовать потребители с разными запросами. Для водохозяйственных расчетов на ближайшие десятилетия рекомендуется использование нормы стока за последний период (1971–2016 гг.).

Литература:

  1. Андреянов В. Г. Внутригодовое распределение стока. — Л.: Гидрометеоиздат, 1960. − 327 с.
  2. Булавко А. Г. Водный баланс речных водосборов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1971. − 304 с.
  3. Соколов А. Г., Попов М. А. К оценке современных и возможных в перспективе антропогенных изменений внутригодового распределения стока Нижней Волги / Сборник работ по гидрологии. −1979. −№ 15. — С. 3–17.
  4. Владимиров А. М. Сток рек в маловодный период года. — Л.: Гидрометеоиздат, 1967. — 295 с.
  5. Молдахметов М. М., Махмудова Л. К. Есіл және Тобыл өзендерінің жылдық ағынды үлестіріміне бөгендердің тигізетін ықпалы жөнінде // Географические проблему устойчивого развития: Теория и практика, — Алматы: Институт Географии АО ЦНЗМО МОН РК, 2008. — С. 288–293.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос