Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

GEOECOLOGICAL MONITORING OF THE CATCHMENT BASIN OF THE ISHIM RIVER IN THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN DURING THE SPRING FLOOD FOR THE PERIOD OF 2002–2017

Mezentseva O.V. 1 Lomakina S.S. 1
1 Omsk State Pedagogical University
Kazakhstan has low availability of the most important strategic resource – fresh water. The lack of water protection is associated with the severity of the water problem, which has several facets. First, water resources are small, because the country is located in the arid zone of Eurasia. Secondly, the main source of water supply is surface water. But you can take from them less than half of the available resources. In addition, freshwater reserves are extremely unevenly distributed throughout the country. Their size varies greatly from year to year depending on climatic conditions. Also, the main water arteries of the country are transboundary. Over the past 10 years, in the territory of Northern Kazakhstan in the basin of the Ishim river there have been frequent cases of a sharp increase in water flow during the spring flood, and as a result of the floods in 2014 and 2016. some localities in the Ishim basin suffered significant economic damage. In order to establish the potential causes of this phenomenon, the geoecological and physico-geographical features of the catchment of this river were identified, and the regime of the river was considered in more detail with an emphasis on the flood period. Complicating the management and the fact that the Akmola region (the Ishim river basin, the right tributary of the Irtysh river) has been suffering from floods almost every year over the past 10 years. The flat terrain, soil fertility and favorable climatic conditions contribute to the development of agriculture in this area, however, annual floods significantly impede the socio-economic development of this agrarian region. And geo-ecological monitoring of the catchment area of ​​the Ishim and its tributaries is an urgent task.
flood
water consumption
correlation
annual precipitation
catchment basin

Наводнение – это сложное явление, на которое могут влиять факторы, связанные с природными, социально-экономическими и климатическими тенденциями. Влияние климата на формирование стока половодья может быть доминирующим фактором во многих речных бассейнах, даже если при этом наблюдается существенное антропогенное влияние. Так, увеличение интенсивности осадков может стать причиной катастрофических наводнений. В зависимости от площади затопления и нанесенного материального ущерба выделяют наводнения низкие, высокие, выдающиеся и катастрофические.

В последние полтора десятилетия на территории Северного Казахстана увеличились случаи весенних наводнений, которые по повторяемости можно отнести к низким (малым) наводнениям, характерным для равнинных рек. Согласно классификации, периодичность таких наводнений – один раз в 10–15 лет, при этом заливается водой не более 10 % земель, расположенных в низких местах [1]. Как правило, низкие наводнения не связаны со значительными материальными потерями и человеческими жертвами. Однако затопления территорий на некоторых притоках р. Ишим стали повторяться чаще и приводят к затоплению больших площадей в долинах рек, что связано с необходимостью частичной эвакуации населения и материальных ценностей.

Вопросу изучения гидрологических особенностей территории бассейна р. Ишим посвящено много исследований, при этом часто норма стока приводится исходя из многолетних данных за период до 1990–2000 гг., тем самым современное состояние рек и их изменения не учитываются. Научная новизна исследования заключается в проведении анализа гидролого-климатических данных за период с 2002 по 2016 г., а также в составлении гидрографов и графиков, основанных на актуальных данных.

Цель исследования: провести анализ гидрологических и климатических данных за последние 16 лет для бассейна р. Ишим в пределах Северного Казахстана и выявить влияние факторов стока на сток половодья в отдельные годы за 2002–2017 гг.

Материалы и методы исследования

В качестве основных методов использовались: эколого-географический анализ для выявления особенностей водосборного бассейна р. Ишим, картографический метод и метод ГИС-технологий для составления карт рельефа и анализа гидрографической сети региона. При обработке материала использовались возможности расшифровки дистанционных снимков с помощью ArcGIS 10.1. Также для составления картографического материала и его анализа использованы космические снимки и топографические карты, полученные с помощью приложения SASPlanet. Характеристика стока основывается на анализе данных за 16 лет. Основными источниками информации послужили данные режимных наблюдений РГП «Казгидромет» Министерства энергетики Республики Казахстан на гидропостах в бассейне р. Ишим на территории Северного Казахстана, полученные в результате официального запроса [2, 3]. Расчет и обработка цифровых данных о расходе воды и годовом количестве осадков проводились в программном средстве MicrosoftExcel.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе проведенного геоэкологического мониторинга бассейна р. Ишим на территории Северного Казахстана были определены геоэкологические и физико-географические особенности водосбора – общий наклон рельефа водосборного бассейна оказывает влияние на формирование различий в характеристике участков реки в верхнем и среднем течении. Различия в рельефе представлены на рис. 1.

Согласно карте рельефа водосборного бассейна р. Ишим на территории Республики Казахстан, наибольшие высотные отметки сконцентрированы на возвышениях Сарыарки, охватывающих северную часть Акмолинской области. Именно отсюда берут начало крупные правые притоки р. Ишим, которые впадают в нее в среднем течении (рис. 2). Далее к северу, ниже по течению, река протекает по низменной территории, с отметками высот 60–150 м. Крупных притоков на данной территории Северо-Казахской равнины река не получает. Именно здесь, в низинной части бассейна, формируется ряд озер (Силетытениз, Жалаулы, Калибек, Теке, Улькен-Караой и др.), которые имеют ряд общих особенностей: бессточность, мелководность, резкие изменения уровней и объемов воды в течение года, повышенная минерализация воды в отдельные периоды. Озера севера Казахстана пресные, однако имеется значительное количество и засоленных озер. Состав солей и степень засоления самые различные – от слегка солоноватых и горьковатых до очень горьких озер, дающих в сухие годы самосадочную соль [4].

mezen1.tif

Рис. 1. Рельеф водосборного бассейна р. Ишим

mezen2.tif

Рис. 2. Гидрографическая сеть бассейна р. Ишим

Как видно на рис. 1 и 2, наибольшая густота притоков наблюдается справа по течению р. Ишим. Самыми значительными притоками по водности и длине являются реки Колутон, Жабай, Терисаккан и др. Длина реки в пределах Северного Казахстана составляет 1400 км. На реке и ее притоках функционируют 3 водохранилища – Вячеславское и Сергеевское с объемом 0,4 и 0,7 км3 соответственно, Селетинское на реке Силеты (правый приток р. Ишим) – с объемом 0,4 км3.

Ишим относится к типу рек со смешанным и преимущественно снеговым питанием, дающим более 80 % годового стока. В связи с исключительной ролью снега в процессе формирования поверхностного стока основной фазой водного режима является резко выраженное весеннее половодье, начало которого обычно приходится на 10–12 апреля, а пик – на третью декаду апреля, и характеризуется длинной устойчивой меженью. В г. Астане до появления Вячеславского водохранилища оно начиналось в среднем 10 апреля, пик проходил 16 апреля, а заканчивалось половодье 20 мая. В отдельные годы начало весеннего пика уровней отмечалось и в конце марта, и в конце апреля. Пик иногда проходил уже в самом начале апреля (1944, 1961 гг.), а в поздние весны он бывал только в первых числах мая. Заканчивалось половодье и в конце апреля (1961 г.), и в конце июня (1949 г.) [5]. По данным за последние 16 лет пик наводнения все чаще приходится на первую декаду апреля (2007, 2014 гг.). На рис. 3 представлена динамика расхода воды за 2014 г. [2].

mezen3.wmf

Рис. 3. Гидрограф стока за 2014 г., построенный по средним месячным значениям

mezen4.wmf

Рис. 4. Изменчивость годового стока р. Ишим за период 2002–2016 гг.

Большая внутригодовая неравномерность режима стока (рис. 3) характерна для рек засушливого Казахстана и сопряжена со значительной многолетней изменчивостью стока. Годовые объемы стока в многоводный год могут превышать сток маловодного года более чем в 100 раз. Спад половодья растягивается до середины июля. Весенний снеговой сток, проходящий на реках со второй половины марта до третьей декады апреля, составляет в среднем около 90 % годового стока. У временных водотоков удельный вес стока весеннего сезона в годовом цикле достигает 97–100 %. Длительность половодья колеблется в среднем от 10 до 30 дней.

Одной из особенностей многолетнего хода стока р. Ишим является тенденция группировки многоводных и маловодных лет, что значительно осложняет его использование в народном хозяйстве. Данная тенденция прослеживается на одном из притоков р. Ишим – реке Жабай с гидропостом в устье р. Жабай. Для подтверждения данные представлены на рис. 4 [3].

Анализ данных гидрографа за период 2002–2016 гг. показал, что максимальный расход воды 45 м3/с пришелся на 2014 г., а минимальный расход воды сохранялся в течение 3 лет: 2006, 2008, 2009 гг. (от 3,29 м3/с до 3,79 м3/с). Таким образом, разница расхода воды между многоводным и маловодным годами составляет порядка 41,71 м3/с. Полученные данные позволяют выделить за последние 15 лет многоводные годы – 2002 г., 2014 г. – и маловодный период – с 2006 по 2013 г.

Годовое количество осадков за период 2002–2017 гг.

Год

Сумма осадков, мм

Количество осадков умеренно-засушливой степи, мм

Год

Сумма осадков, мм

2002

303,2

300–330

2010

185,8

2003

306,8

300–330

2011

287,9

2004

237,5

300–330

2012

256,5

2005

329

300–330

2013

513,5

2006

320,3

300–330

2014

299,4

2007

246,2

300–330

2015

404,2

2008

258,7

300–330

2016

359,7

2009

294,2

300–330

2017

282,7

Климатические показатели (осадки, влажность воздуха) на территории водосбора изменяются незначительно, но имеет место различие условий осеннего увлажнения, зимнего промерзания и интенсивности весеннего снеготаяния, что оказывает влияние на уровни половодья в отдельные годы [6]. За исследуемый период существенно изменялось годовое количество осадков в районе г. Атбасар, расположенного на правом берегу р. Ишим в его среднем течении. Можно отметить некоторые отклонения количества осадков от нормы, характерной для степной зоны, где расположено среднее течение р. Ишим.

Согласно данным [3], максимальное количество осадков пришлось на 2013 г. и 2015 г. – 513,5 мм/год и 404,2 мм/год соответственно. Эти показатели превышают среднюю норму примерно на 100–200 мм. Минимальное количество зафиксировано в 2010 г. – 185,8 мм/год, что почти в 2 раза ниже среднего многолетнего показателя.

В целях выявления прямой зависимости многоводных и маловодных лет от количества выпавших осадков, целесообразно провести корреляцию между средним за год расходом воды и годовым количеством осадков (рис. 5).

mezen5.tif

Рис. 5. Корреляция среднего за год расхода воды и количества выпавших осадков за период 2002–2017 гг.

Анализируя вышеприведенные данные, можно увидеть значительные колебания в годовом количестве осадков за рассмотренный период. При этом на графике отмечены годы, в которые отмечалось значительное повышение уровня воды в период весеннего половодья, приводящее к затоплению жилых территорий (2014, 2016, 2017). Как правило, этим годам предшествовали годы с повышенным количеством выпадения осадков, например, годовая сумма осадков 2013 г. – 513,5 мм/год, и в 2014 г. средний расход воды 45 м3/с). Однако, сравнивая данные между расходом воды и количеством осадков в маловодные периоды, отмечены и некоторые различия.

Заключение

Проведенный анализ позволяет выделить за последние 16 лет многоводные годы – 2002, 2014, 2016 гг., и маловодный период – с 2006 по 2013 г. При этом каждый многоводный год сопровождается сильными паводками на отдельных участках бассейна. Установлены существенные колебания годового количества осадков и отсутствие какой-либо тенденции осадков. Зафиксированы резкие отклонения осадков от нормы в пределах степной зоны.

В ходе работы показано, что наводнения в период весеннего половодья на р. Ишим и ее притоках в пределах Северного Казахстана зависят от особенностей водосбора. Строение гидрографической сети в значительной мере обусловлено характером рельефа поверхности бассейна р. Ишим: равнинность бассейна на севере с повышением отметок высот в центре определила основное направление стока. Полученные результаты планируется использовать при проведении дальнейшего анализа и выявления причин паводковых ситуаций в период весеннего половодья на равнинной территории Северного Казахстана.