Многолетнее изменение водного стока р. Черный Иртыш и условий его формирования (Республика Казахстан).

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

Расчетный интервал

Период

А, м3/с

σ, м3/с

Sk/Ska

Fk/Fka

Pk/Pka

Январь

1938-2008

62,9

12,7

0,32

0,60

0,91

Февраль

1938-2008

59,3

12,0

0,16

0,69

0,92

Март

1938-2008

69,0

18,1

0,39

0,60

1,59

1938-1960

64,6

16,9

-

-

-0,20

1960-2008

71,1

18,5

-

-

2,28

Апрель

1938-2008

219,8

95,5

0,41

0,91

0,61

Май

1938-2008

651,3

217,9

0,04

0,69

0,12

Июнь

1938-2008

989,3

375,3

0,72

0,69

-0,71

Июль

1938-2008

594,0

284,2

1,17

0,64

-1,30

1938-1960

719,5

294,6

0,69

1960-2008

533,8

261,2

-0,83

Август

1938-2008

353,9

130,7

1,03

0,53

-1,64

1938-1960

417,7

121,9

0,67

1960-2008

323,3

124,7

-0,95

Сентябрь

1938-2008

224,3

96,2

0,86

0,54

-0,93

Октябрь

1938-2008

154,0

61,9

0,75

1,31

-0,54

Ноябрь

1938-2008

97,9

33,4

0,36

2,00

-0,14

Декабрь

1938-2008

67,4

17,9

0,05

0,67

0,58

Среднее за год

1938-2008

295,3

81,5

0,82

0,60

-0,83

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

Расчетный интервал

Период

А, C0

σ,C0

Sk/Ska

Fk/Fka

Pk/Pka

Январь

1938-2008

-14,3

3,7

0,68

0,95

0,77

Февраль

1938-2008

-14,2

4,0

0,21

0,60

0,31

Март

1938-2008

-7,7

2,9

0,01

0,52

-0,31

Апрель

1938-2008

3,5

2,4

0,06

0,74

-0,20

Май

1938-2008

12,1

1,9

0,11

0,65

-0,06

Июнь

1938-2008

17,3

1,5

0,29

0,58

0,05

Июль

1938-2008

19,3

1,5

0,51

0,88

0,36

Август

1938-2008

16,7

1,1

0,47

0,58

-0,14

Сентябрь

1938-2008

11,2

1,6

0,52

0,58

-0,39

Октябрь

1938-2008

3,6

1,7

0,32

0,76

0,15

Ноябрь

1938-2008

-6,3

4,0

0,89

0,61

0,64

Декабрь

1938-2008

-12,3

4,6

0,57

0,51

0,81

Среднее за год

1938-2008

2,408

2,575

0,386

0,663

0,165

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.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...