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. км 2. 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 300 м3/сек. Общая длина реки Иртыш 4280 км, в том числе в пределах Казахстана 1698км. Площадь водосборного бассейна реки на границе Казахстана с Россией составляет 544000 км2. Питание смешанное, с преобладанием снегового. Дождевое питание не превышает 15-20 %.

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 (www.meteo.ru); 2) расходы, уровни реки Иртыш на сети пунктов водных объектов Производственного Кооператива «Казгипроводхоз» с 1938 по 2008 г. по гидрологическому посту с. Буран.

Методика исследований

Методика исследований включала:

1. обобщение материалов, полученных из разных источников, их визуальный анализ;
2. статистический анализ многолетних изменений расходов воды;
3. 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 1938-2008гг.

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 [1].

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 действующим физическим фактором. Для этого используются критерии, основанные на сравнении свойств исследуемого процесса со свойствами последовательности, в которой тренд заведомо отсутствует [2]. 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:

 ;

критерий Стьюдента для случайных величин, распределенных по нормальному закону:

.

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:

1. 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);
2. увеличением водоотбора в летние месяцы на орошение;
3. общим увеличением испарения с водосбросом за счет потепления климата.

Косвенным подтверждением данных предположений служит выявленные нарушения однородности.

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. 2, рис. 1). Можно предположить, что климатические изменения в большей степени проявляются в равнинной части водосбора, где наблюдается наибольшое 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 вышерасположенных участках в КНР.

Таблица 1. Результаты проверки на однородность и случайность среднемесячных и среднегодовых значений расхода воды у с. Буран, Черный Иртыш

Таблица 2. Результаты проверки на однородность и случайность среднемесячных и среднегодовых значений приземных слоев температуры г. Змеиногорск (1938-2008)

Рис. 1. 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 21 века, которая выходит за рамки научной проблемы и представляет собой комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую экологические, экономические и социальные аспекты устойчивого развития Республики Казахстан [3]

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.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рождественский А.В., Чеботарев А.И. Статистические методы в гидрологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 257 с.
2. Савичев О.Г. Гидрология, метеорология и климатология: гидрологические расчеты. – Томск. Издательство Томского политехнического университета, 2011. – 21с.
3. Ежегодный бюллетень мониторинга изменения климата Казахстана 2010 год, Республиканское государственное предприятия «Казгидромет». – Астана, 2011. – 3 с.