Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

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].

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].

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.

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).

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.