Реферат: Гидрологическое обоснование регулирования стока рек хребта Каратау

Реферат

Работа состоит из введения, 6 разделов, заключения, приложения. Она содержит 7 рисунков, 14 таблиц. Список использованных источников содержит 27 наименований.

Сток, водохранилище, водохозяйственный расчет, малые реки, истощение стока.

Цель работы: гидрологическое обоснование регулирования стока. Основные задачи: выяснить особенности формирования стока малых рек хребта Каратау, вычислить возможные потери стока, произвести расчеты сезонно-годичного регулирования стока по одной из малых рек. Метод анализа — гидрологические расчеты. Основной результат – целесообразность регулирования стока малых рек в Южном Казахстане. Технология анализа применима при предпроектном обосновании водохозяйственных мероприятий.

Содержание

Введение

Физико-географическая характеристика и условия формирования стока рек хребта Каратау.

1.1 Особенности рельефа, орографии и геоморфологии………………………

1.2 Климатические условия……………………………………………………..

1.3 Почвы и растительность……………………………………………………

1.4 Общая характеристика гидрографической сети………………………….

1.5 Подземные воды ……………………………………………………………

1.6 Особенности водного режима рек…………………………………………

Антропогенное воздействия на речной сток……………………………..
Расчеты речного стока.
Обоснование расчетной обеспеченности и хозяйственного использования стока………………………………………………………………
Гидрологические основы организации водохранилищ для рекреации

5.1 Значение водохранилищ для рекреации ………………………………….

5.2 Оценка испаряемости в условиях предгорной зоны хребта Каратау.

5.3 Расчет потерь воды из водохранилища сезонно-годичного регулирования …………………………………………………………………..

Проблемы и пути сохранения малых рек. Современная официальная концепция……………………………………………………………………..

Заключение ……………………………………………………………………

Список использованных источников

Приложения …………………………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к проблеме рационального использования водных ресурсов малых рек и водоемов — явление не случайно. Актуальность этой проблемы определяется современными требованиями экономного и эффективного ведения хозяйства и эксплуатации природных ресурсов, в том числе и водных, в связи с обострением экологической ситуации.

Будучи первичным звеном гидрографической сети, малые водотоки и водоемы очень остро реагируют практически на все антропогенные изменения, происходящие в пределах их водосборов.

Малые реки и водоемы часто являются основными, а порой и единственными источниками обеспечения хозяйственных и культурно-бытовых, потребностей иногда целых областей. В то же время использование их водных ресурсов большей частью происходит стихийно, без достаточного обоснования допустимой нагрузки на малые водотоки и водоемы, без координации планов их использования различными предприятиями и организациями. При этом не учитывается тот факт, что малые реки оказывают значительное влияние на формирование водных ресурсов средних и больших рек и, следовательно, нерациональное использование первых едет к истощению и загрязнению последних.

Наибольший ущерб качеству вод водотоков о водоемов наносят неорганизованные стоки животноводческих ферм, несоблюдение правил транспортировки, хранения и технологии внесения удобрений и ядохимикатов, а также режима орошения сельскохозяйственных культур.

Распашка земель вдоль склонов, неумеренный выпас скота в прибрежной зоне и организация водопоев непосредственно из малых рек и водоемов отрицательно влияют на качество их вод, под воздействием этих факторов происходит усиление процессов эрозии и береговой абразии, что приводит к быстрому заилению малых водоемов.

Значительный ущерб наносят качеству вод малых водотоков и водоемов сбросы в них неочищенных или условно чистых вод промышленных предприятий (преимущественно небольших) и хозяйственно — бытовых стоков, что усугубляются, низкой самоочищающейся способностью малых рек, как, впрочем, и больших, рек стоками промышленных предприятий можно путем внедрения систем оборотного водоснабжения с промышленным воспроизводством технологической воды.

Таким образом, основными проблемами гидроэкологии малых рек являются:

Истощение речного стока;

2) Ухудшение качества воды из-за чрезмерной антропогенной нагрузки;

3) Сброс сточных вод;

4) Низкая самоочищающая способность малых рек.

Целью дипломной работы является гидрологическое обоснование некоторых мероприятий по улучшению использования стока малых рек.

Решаемые задачи:

характеристика условий формирования стока;
описание водного режима рек;
оценка испаряемости в предгорной зоне Каратауского хребта;
расчет потерь воды из водохранилища;
расчет сезонно-годичного регулирования стока;
рекомендации по защите малых рек от загрязнения.

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИ

И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТОКА РЕК ХРЕБТА КАРАТАУ.

1.1 Особенности рельефа, орографии и геоморфологии

Бассейны Арыс (с притоками Аксу, Бадам, Боралдай, Сайрам и Жабагылысу), Келес, Боген (с притоком Шаян) расположены на юго-западном склоне хребта Каратау и западных отрогах Таласского Алатау [1,2,3]. Они входят в зону южных полупустынь, а в административном отношении расположены в Южно-Казахстанской области Республики Казахстан.

По характеру рельефа территория этого района делиться на низкогорную на юге-западе и севере и горную на юго-востоке (Рисунок 1,). Общая площадь бассейнов рек Арыс, Келес, Боген до выхода из гор 17120 км², а интервал высот отдельных участков достигает 3400 м. Подробная физико-географическая характеристика района дается в работах [4-7].

Юго-восток района занят горными хребтами Западного Тянь-Шаня. В его пределах находятся часть хр. Каратау, северо-западная часть Таласского Алатау, Боралдайтау, горы Казыгурт, хр. Каржантау. Хребты, в основном, вытянуты в западном и юго-западном направлениях. В этих же направлениях уменьшается их высота. Исключение составляет хр. Каратау, простирающийся в северо-западном направлении. Юго-западные склоны хр. Каратау, обращенные к реке Сырдария, сравнительно пологие, имеют развитые предгорья, постепенно переходящие в равнину. Характерной особенностью рельефа хр. Каратау является наличие выровненных поверхностей-жонов, занимающих почти все водораздельные пространства Каратау. Предгорья Каратау имеют долинно-увалистый рельеф и сильно расчленены речными долинами.

Хребет Каржантау служит водоразделом рек Огем и Келес. Большая южная часть хребта имеет юго-западное простирание, северная – почти широтное. Высота в среднем около 2000 м. На запад от Каржантау отходит короткий, сильно разрушенный хр. Казыгурт, являющийся водоразделом

рек Бадам и Келес. Его высота не превышает 1700 м. Северные склоны хребта сравнительно пологие, изрезаны логами, по которым текут ручьи, питаемые родниками. Южные склоны круто обрываются к долине Келеса. Поскольку горы Казыгурт, сложены, главным образом, известняками, большое развитие здесь получили карстовые формы рельефа. С запада горные хребты окаймлены широкой полосой возвышенных предгорий со своеобразным мелкосопочным рельефом. Невысокие холмы образуют короткие, вытянутые на юго-запад гряды. Предгорья расчленены редкой сетью ложбин и оврагов, несущих воду только весной. К югу и западу возвышенные предгорья постепенно переходят в подгорную равнину, сложенную мощной толщей лессовидных суглинков, образующих в долинах рек вертикальные обрывы.

Отроги хр. Таласского Алатау образуют серию веерообразно расходящихся хребтов Жабагылытау, Алатау, Богентау и Аксутау. Протяженность хребтов 15-25 км, они вытянуты с востока на запад, понижаясь с 4000 до 2500 м и ниже. С запада горы обрамлены широкой полосой предгорий со своеобразным мелкосопочным рельефом прилегающих равнин. Северными ветвями отрогов Таласского Алатау являются Жабагылинские горы, обрамляющие двумя параллельными хребтами долину р. Жабаглысу. Северный из них, хр. Жабагылытау, сравнительно невысокий (2500-3000 м), с хорошо развитыми поверхностями выравнивания и пологими склонами, оледенения не имеет. Южный хребет Алатау разделяет долины рек Жабагылысу и Жосалы. К северу от хр. Алатау ответвляется ряд коротких отрогов, возвышающихся в виде платообразных уступов до 200-300 м над современным руслом р. Жабаглысу. Южные склоны хр. Алатау крутые (70°), расчлененные, обрываются в долину р. Жосалы. Здесь преобладают каменные россыпи, осыпи и скалы. Высота хребта в его восточной части превышает 4000 м.

Далее на юг располагается в юго-западном направлении длинный Огемский хребет. Его склоны образуют крутые скалистые обрывы к долинам рек Аксу и Сайрам. Сложенный на значительном протяжении известняками, он образует изрезанный гребень, почти лишенный перевалов. В карах и глубоких долинах круглый год сохраняются снежники и небольших размеров современные ледники. Высшей точкой Огемского хребта и всего бассейна р. Арыс является зубчатый мраморный Сайрамский пик (4240 м) в верховьях р. Каржайлау.

В рассматриваемом горном районе большинство хребтов ограничено крутыми труднодоступными склонами и характеризуются сравнительно ровной линией вершин. На разных высотных уровнях здесь встречаются выровненные поверхности, являющиеся участками древней абразионной поверхности с сохранившимися третичными отложениями. Кроме этих наиболее древних поверхностей, имеются поверхности со следами более молодых денудационных процессов и деформаций, обусловленных последующими тектоническими движениями.

Верховья рек Сайрам. Аксу и Жабагылысу характеризуются глубоко расчлененным, крутосклонным рельефом, который распространяется почти до истоков этих рек, постепенно переходя в альпийские формы. Резкость форм рельефа и скалистость склонов обусловлены интенсивно протекающими процессами морозного выветривания и широким развитием известняков. В известняках изредка встречаются карстовые формы (воронки). Исключительно резкие формы рельефа часто образуют второстепенные хребты, боковые отроги которых ограничены глубоко врезанными саями. Местами склоны отрогов представляют отвесные стены. Массы обломочного материала осыпей и обвалов, скатываясь с крутых склонов, загромождают долины и вызывают образование запрудных озер, а в долине р. Жабагылысу – селевых потоков. Но не всюду крутосклонный рельеф примыкает к области альпийских форм. Местами он переходит в плосковолнистые пространство водоразделов или сменяется рельефом с мягкими формами. Обширные участки выровненного рельефа, лишенные оледенения, в основном встречаются в водораздельных частях Огемского хребта в верховьях р. Аксу. Над областью развития крутосклонного рельефа, а часто и над выровненными поверхностями, возвышаются формы альпийского рельефа. В этой части рельеф характеризуется небольшой глубиной расчленения и значительным развитием плоских пространств, но в отдельных местах он значительно расчленен, например, в верховьях р. Аксу и в районе Сайрамского пика. Обильные зимние снега и скалистость склонов благоприятствуют образованию снежных лавин.

Верхний пояс хребтов, несущий ледники и снежники (в верховьях рек Жабагылысу, Аксу, Балдыбрек и Сайрам), имеет типичный альпийский облик и характеризуется широким развитием гляциально-нивальных форм: цирков, иногда многокамерных, каров и трогов, ригелей и нунатаков. Цирки обычно приурочены к осевым зонам хребтов. Нередко на их стенках встречаются второстепенные, более легкие цирки и кары. Все крупные долины в верховьях являются трогами. Иногда наблюдаются системы вложенных трогов, придающих склонам долин ступенчатый характер. Почти повсеместно на дне трогов встречаются ледниково-аккумулятивные образования в виде конечных моренных гряд, перегораживающих речную долину. Ближе к истокам рек троги чаще всего заканчиваются цирками с современными ледниками или полями снежников. Оледенение — один из главных рельефообразующих факторов высокогорья. Оно наложило яркий отпечаток на рельеф альпийской зоны. Процессы нивальной денудации, деструктурная деятельность ледников и снежников, а также процессы термического и морозного выветривания, сопровождающиеся гравитационным сносом продуктов разрушения и сейчас являются ведущим фактором формирования рельефа. Кроме того, верховья бассейна р. Арыс входят в пределы Западно-Тянь-Шанской сейсмической области, в частности находятся в районе Пскемского сейсмического очага.

Особенностью горных районов рассматриваемой территории является широкое распространение, как древних, так и молодых пород. Складчатые горные сооружения сложены сильно дислоцированными осадочными, изверженными и метаморфическими породами протерозойского и палеозойского возрастов с неравномерно развитой трещиноватостью. Межгорные долины широко заполнены рыхлообломочными породами неогенового и четвертичного возрастов. В пределах Таласского Алатау преобладают древние метаморфические породы (кварциты, сланцы, мрамор), граниты, диабазы, туфы и осадочные породы каменноугольного возраста (конгломераты, песчаники, известняки).

1.2 Климатические условия

Климатические характеристики бассейнов рек Южного Казахстана изменяются от истоков к устьям, что обусловлено разным высотным положением отдельных зон. Из всего комплекса климатических элементов наиболее важными для оценки условий формирования стока являются температура воздуха, осадки, снежный покров [5-7, 10, 11, 12].

Бассейны рассматриваемых рек расположены в области резко континентального климата. Среднегодовая температура воздуха изменяется в довольно широких пределах (таблица 1). Так, в равнинных районах она равна 12,1 °С (МС Шымкент, Н=543 м), а в среднегорных – 5,9 °С (МС Шуылдак, Н=1947 м).

Холодный период продолжается три месяца – декабрь, январь, февраль. Наиболее холодным месяцем является январь, среднемесячная температура воздуха составляет минус 5,4 °С (МС Шуылдак). В ночное время температура воздуха может опускаться до минус 36 °С (МС Шаян, МС Арыс). Из-за пересеченности местности вторгающиеся холодные воздушные массы застаиваются в пониженных местах, где формируются наиболее низкие температуры воздуха. Однако такие значительные понижения отмечаются крайне редко. Окончание холодного периода связано с перемещением с юга на север иранского фронта. Заметное повышение температуры воздуха отмечается в марте.

Мощный вынос из Ирана и Средней Азии теплых воздушных континентальных масс воздуха с юга на север вызывает значительные по силе, кратковременные оттепели. Иногда они бывают настолько значительными, что средняя суточная температура воздуха становится положительной в продолжении нескольких дней.

С марта по ноябрь описываемая территория полностью находится в области положительных температур. Весна отличается быстрым ростом

	Таблица 1- Средняя месячная и годовая температура воздуха на метеорологических станциях юго-западного
	склона хр. Каратау и западных отрогах Таласского Алатау, ^оС [24]

	Станция	Период наблюдений, годы	Месяцы
															Год
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	Казыгурт	1934-1994	-2,3	-1,5	5,9	12,8	17,9	23,0	26,0	24,0	18,3	11,0	4,6	-0,2	11,7
	Тасарык	1932-1994	-3,2	-1,3	3,0	10,4	15,1	19,7	22,6	21,2	15,9	9,2	3,1	-1,0	9,6
	Рыскулов	1930-1994	-1,7	-0,1	4,5	12,1	17,6	22,7	25,8	24,3	18,9	11,3	4,4	0,2	11,7
31	Шымкент	1947-1994	-1,6	0,2	5,7	13,2	18,4	23,4	26,2	24,7	19,2	11,9	5,2	0,6	12,3
	Шуылдак	1962-1994	-5,3	-4,6	-0,7	5,7	9,9	14,6	27,6	16,7	11,9	5,6	1,1	-2,5	5,8
	Арыс	1933-1994	-4,9	-1,0	5,9	13,8	20,3	25,8	28,8	26,8	19,9	11,7	3,2	-2,6	12,3
	Шаян	1947-1994	-3,7	-1,8	4,9	13,3	18,9	25,0	28,3	26,2	19,7	10,8	3,4	-1,6	12,0

температура апреля достигает 10-12 °С. Лето обычно жаркое. Средние месячные температуры июля равны 25-28 °С. Абсолютный максимум наблюдался на метеорологических станциях Шаян и Арыс и составили 46 °С. Понижение температуры начинается во второй половине августа, погода окончательно теряет летние черты в октябре. Средняя температура воздуха октября изменяется по территории от 5 °С на высоте 1950 м до 12 °С на высоте 540 м. Как и весной, для осеннего периода характерны чередования резких потеплений и похолоданий. Наиболее ранние осенние заморозки могут изредка наблюдаться во второй половине августа, чаще всего в сентябре и октябре.

Годовая амплитуда колебания температур воздуха, в среднем, составляет 40 °С. Температура воздуха с увеличение высоты местности изменяется обычно в сторону уменьшения. В весенне-летний период (май-август) зависимость температуры воздуха от высоты местности прямолинейная. Градиент изменения температуры воздуха равен 0,5-0,6 °С на 100 м. В зимний период из-за температурных инверсий, температура воздуха в предгорьях до определенных высот выше, чем на прилегающих равнинах. Кроме того, в это время наблюдается оттепели, связанные с феновым эффектом. Наиболее часто они повторяются в декабре-феврале. При оттепелях температура воздуха повышается до 8-10°С. Поэтому зависимость температуры воздуха от высоты местности в зимние и переходные месяцы имеет непрямолинейный вид [12,13].

Особенности распределения осадков в Южном Казахстане определяются расположением региона в глубине обширного материка, большим разнообразием и сложностью рельефа. Засушливостью отличается равнинная территория, где среднее годовое количество осадков составляет 360 мм. От равнины к предгорьям осадки возрастают. В горной юго-восточной части может выпадать до 1000 мм осадков. Характер зависимости месячных сумм осадков от высоты местности определяется направлениями движения воздушных масс, которые приносят влагу. В зимнее время, когда преобладают северные вторжения, задерживаемые горными хребтами, линия зависимости в своей верхней части имеет нулевой или обратный градиент осадков. В теплый период года градиент осадков положителен на всех высотах, так как воздушные массы, приносимые с западными вторжениями, беспрепятственно проникают до больших высот.

Количество осадков увеличивается с высотой местности от 450 мм на высоте 575 м до 880 мм на высоте 1950 м. В гляциальной зоне выпадает до 1500 мм осадков и более. Максимум осадков приходится на март-май. В этот период выпадает 30-45 % их годовой суммы (таблица 2). Очень мало осадков в период с июля по сентябрь. Так, например, в зоне высот 575-1950 м на эти месяцы приходится всего от 12 до 60 мм.

На высотах 3600 м и более осадки выпадают почти исключительно в твердом виде. Обильные и продолжительные снегопады наблюдаются при волновой деятельности на полярном фронте, когда продолжительность выпадения осадков достигает 5-7 суток, а также при западных, северных и северо-западных холодных вторжениях.

Таблица 2- Месячные и годовые суммы осадков на метеорологических станциях юго-западного склона хр. Каратау и западных отрогах Таласского Алатау, мм [24]

Станция	Период наблюдений, годы	Месяцы												Год

		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Казыгурт	1937-1994	55	52	78	65	43	10	6	3	4	33	49	62	460
Тасарык	1932-1994	60	63	98	107	79	30	14	9	12	58	70	72	672
Рыскулов	1938-1994	74	77	110	105	64	23	12	7	12	67	84	94	729
Шымкент	1947-1994	62	65	90	73	48	17	9	5	8	46	66	70	559
Шуылдак	1962-1994	76	76	118	136	103	43	30	11	19	82	88	103	885
Глинково	1927-1994	53	53	65	62	38	8	7	5	7	37	61	56	452
Шаян	1947-1994	44	41	54	52	33	10	5	4	5	27	41	49	365

На значительной части территории преобладают жидкие осадки. Их повторяемость составляет около 60-70 % общего числа суток с осадками. Однако в январе и феврале дожди в ряде лет бывают не ежегодно. Количество дней со снегом изменяется от 27 до 87 в зависимости от высоты местности. Первые снегопады на равнинной части региона бывают в октябре, однако, первый снежный покров крайне неустойчив. Из-за частых оттепелей и незначительной мощности он почти сходит полностью. Устойчивый снежный покров в среднегорье и в высокогорье обычно устанавливается с середины ноября до середины декабря. Мощность снежного покрова зависит от высоты местности и экспозиции склонов гор.

С увеличением высоты и при переходе от южных склонов к северным толщина снега, как правило, возрастает. На высоте 2500-2600 м в бассейне р. Балдыбрек (приток р. Сайрам), высота снежного покрова к концу зимы обычно составляет 100-150 см. При этом плотность снега изменяется от 0,20-0,22 г/см³ в декабре и до 0,36-0,38 г/см³ в начале апреля.

Обильные снегопады при меняющемся режиме температуры воздуха приводят к сходу лавин. Особенно большое количество лавин наблюдается в зимы с частой повторяемостью западных вторжений со стороны Средиземного моря. Наиболее мощные лавины, нередко перекрывающие русла речных долин, наблюдаются в марте-апреле. По данным [8,12-14] в бассейне р. Жабагылысу нижняя граница лавинной деятельности опускается до 800 м, а в бассейне р. Сайрам до 1100 м.

Разрушение снежного покрова на высоте 1100 м начинается обычно в середине февраля – начале марта. Окончательно снег сходит в середине – конце марта, иногда во второй половине апреля. На этой высоте зимой имеется неустойчивый снежный покров.

1.3 Почвы и растительность

В междуречье Сырдарии и Амударии к Аральскому морю подходит обширная пустыня Кызылкумы. Здесь вдоль старых русел Сырдарии на песчаных серо-бурых почвах распространены саксаульники. По песчаным буграм и грядам преобладает кустарниково-травянистая растительность южных пустынь с жузгунами, песчаной акацией, белым саксаулами множеством эфемеров. По понижениям на такыровидных солонцеватых почвах развиты группировки боялыча, полыни белоземельной, биюргуна. Ближе к долине Сырдарии, где песчаные почвы встречаются реже, к белому саксаулу примешивается черный саксаул, чаще попадаются солончаки, луговины, занятые ажреком и тростником. Большая часть современных и древних долин Сырдарии и Амударии имеет такыровидные сероземные почвы с комплексами полынно-солянковых и эфемерных группировок растительности. По окраинам пойм развиты солончаковые ажрековые луга. А ближе к руслу — тугайные заросли из лоха, ивы, тамариска, туранги, тростника на почвах от лугово-аллювиальных до болотных. Лугово-аллювиальные почвы в значительной степени распаханы. В настоящее время в связи со снижением общей обводненности пойм и их опустыниванием площадь с естественной луговой и тугайной растительностью значительно уменьшилась, их место заняли однолетние солянки. Процессу опустынивания подвержены и приморские луга. Здесь исчезают тростниково-гребенщиковые комплексы, лугово-тугайные сообщества.

При движении от пустынных равнин к горам наблюдается смена растительных и почвенных зон. Обширные пространство равнин сложены песчано-глинистыми наносами современных и древних речных водотоков. Отрицательными свойствами этих почв является слабое сопротивление воздействию ветра. Растительность этой равнинной части имеет ксерофитный облик.

Растительность подгорных лессовых всхолмленных равнин представлена главным образом эфемерами. Особенностью их развития является резкая контрастность, обусловленная сезонностью выпадения осадков. Почвы представлены серыми и типичными сероземами. Главные районы их распространения – (подгорная лессовая всхолмленная равнина) юго-западные склоны хр. Каратау, средняя часть бассейна р. Арыс и хр. Каржантау.

В горной части, имеющей значительные изменения абсолютных высот и сложное устройство рельефа, основной закономерностью в распределении растительного и почвенного покрова является вертикальная поясность. Расположение вертикальных поясов почвенно-растительного покрова зависит от экспозиции склонов и форм рельефа. Самый нижний пояс занимает полупустынная растительность, поднимающаяся на горных выщелоченных сероземах до высоты 1000 м над уровнем моря. По климатическим условиям, составу растительности и почвенному покрову этот пояс близок к лессовым предгорным равнинам. Наибольшие площади он занимает в нижней части бассейнов Келеса и Арыси, а также в пределах хр. Каратау и Боралдайских гор. Значительные пространство в пределах полупустынного пояса приходится на сухую перейно-разнотравную степь (пырей, девясил, ферула и др.). Крупный массив таких степей находится в междуречье Бадама и Сайрама.

Выше полупустынного пояса располагается пояс высокотравной кустарниковой степи и плодовых лесов, на горно-каштановых почвах поднимающийся до высоты 1500 м. Значительное распространение в хребтах Западного Тянь-Шаня имеют коричневые луго-степные почвы под высокогорными типчаково-ковыльными степями и кустарниками. По своей морфологии эти почвы близки к горо-каштановым. Среди них встречаются насыщенные, выщелоченные и карбонатные горные почвы. Кроме того , в верхней части их распространения возможно выделение горно-лесных коричневых почв под высокоствольными арчевыми лесами, которые имеют очаговоостровной характер. Участки горных коричневых почв, доступные (по рельефу) для обработки сельскохозяйственными машинами, используются для богарного земледелия. На более пологих и увлажненных склонах широко развито садоводство.

Иной характер имеет растительность и почвенный покров высокогорья. Высокие части гор заняты субальпийскими и альпийскими луговыми степями и лугами на горно-степных и горно-луговых почвах. Нижняя граница этих почв проходит на высоте 2500 м. Горно-луговые альпийские почвы приходятся на самые высокие части гор, располагаясь ниже зоны многолетних снегов и ледников. Сплошного распространения они не имеют, обычно приурочены к более выровненным участкам и ложбинам. Большую часть территории с альпийскими почвами занимают скалы и каменные осыпи. Растительный покров на альпийских почвах представлен низкорослой альпийской растительностью (маки, незабудки, лютики, различные виды лука и др.). Характерными признаками горно-луговых альпийских почв являются малая мощность, сильная задерновонность, высокое содержание гумуса. Мощность задернованного горизонта составляет от 8 до 13 см. Содержание гумуса превышает 10 %.

1.4 Общая характеристика гидрографической сети

Большое количество каналов и коллекторов, использующих воду для орошения в бассейне, русловые и наливные водохранилища, в которых временно задерживается избыток воды и перераспределяется (регулируется) сток по мере надобности, значительно изменяют внутригодовой и многолетний гидрологический режим водотоков, влияют на количественный и качественный приток воды на границу Республики Казахстан (гидропост Кокбулак).

Основным притоком реки Сырдария в пределах Республики Казахстан является река Арыс с притоками Аксу, Жабагылысу, Бадам, Сайрам, Боралдай (см. рисунок 1). Кроме того, к бассейну также относятся реки Келес, Боген. Основные гидрографические характеристики бассейнов притоков реки Сырдарии в пределах Казахстана до пунктов гидрологических наблюдений приведены в таблице 3. [3]

Река Арыс берет начало в урочище Шокпак, представляющем собой седловину между хребтами Таласский Алатау и Каратау. Исток реки образуется от слияния родников в 7 км выше с. Веселое. Площадь водосбора реки 14900 км², длина 378 км. Для реки Арыс характерно общее западное направление течения, которое не изменяется на всем ее протяжении. Ее бассейн имеет языкообразную форму, уменьшаясь по ширине к устью реки. Южный водораздел проходит по Таласскому и Огемскому хребтам и горам Казыгурт. На севере линия водораздела пересекает в широтном направлении пустынно-степную зону, отделяя бассейн р. Боген. На северо-востоке и востоке бассейн р. Арыс граничит с бассейном р. Асса. Водоразделом служит хр. Каратау. На юго-западе и западе граница водораздела пролегает в начале по отрогам гор, а затем по полупустынной зоне правобережья р. Сырдария.

Таблица 3 — Основные гидрографические характеристики бассейнов притоков р. Сырдария в пределах Казахстана до пунктов гидрологических наблюдений

Река	Пункт	Площадь водосбора, км²	Средняя высота, м	Средний уклон, ⁰/₀₀	Густота речной сети, км/км²
Арыс	ж.-д.ст. Арыс	13000	900	132	0,40
Келес	Акжар	1960	990	153	0,75
Боген	Красный Мост	2160	480	95	0,42
Шаян	В 3,3 км ниже устья р. Акбет	485	770	165	0,60
Бадам	Михайловка	585	1220	198	1,09
Сайрам	Тасарык	468	2200	370	2,2
Жабагылысу	Новониколаевка	172	2360	410	1,81
Аксу	Подгорное	462	2530	484	0,71

Река Арыс протекает в трех основных ландшафтных зонах: горной – от истоков до устья р. Кокбулак; предгорной – между устьями рек Кокбулак и Бадам; равнинной – ниже устья р. Бадам. В горной зоне р. Арыс принимает значительное количество притоков. Это, главным образом, небольшие реки и ручьи родникового питания, стекающие с северных склонов Таласского хребта и гор Казыгурт. Наиболее крупный правый приток – р. Кокбулак. В горных районах бассейна р. Арыс значительные площади искусственно орошаются водами реки и ее притоков.

В предгорьях долина реки асимметричная, выражено слабо, имеет переходную форму. Ширина пойменной террасы достигает 2 км. В этой зоне р. Арыс принимает свои основные притоки. Справа в нее впадают речки и ручьи, образовавшиеся на склонах Боралдайских гор. Наиболее крупным правым притоком здесь является р. Боролдай. Слева р. Арыс пополняется водами рек Жабагылысу, Аксу, Бадам, стекающих со склонов Таласского Алатау и его отрогов.

Вступая в зону равнины, река постепенно углубляет свое русло. В начале зоны долина имеет ясно выраженную форму, но уже ниже с. Обручевка склоны нивелируются, сливаясь с окружающей местностью. Протекая в рыхлых осадочных породах, река глубоко врезается в глинисто-песчаную толщу и течет в узкой современной долине.

Площадь водосбора реки Арыс до ж.- д. ст. Арыс составляет 13000 км² (см. таблица 3), бассейн расположен в диапазоне высот 200-4200 м. Средняя высота бассейна равна 900 м. Около 85 % площади водосбора находится в диапазоне высот 200-1500 м.

Река Бадам является левобережным притоком р. Арыс. Площадь водосбора до с. Михайловка составляет 585 км². Средняя высота бассейна 1220 м. Первые 25 км река протекает в горах, в узкой долине. Наивысшие отметки достигают почти 3000 м. Средний уклон бассейна 198 ⁰/₀₀.

Река Келес образуется от слияния рек Жумуздак и Жегирген, берущих начало на северо-западном склоне хр. Каржантау. Долина р. Келес, даже в пределах горной части бассейна, широкая – до 1,5 км. Склоны пологие. На всем протяжении развиты три террасы. Пойменная терраса частично затопляется в половодье. Река сильно меандрирует. Большая часть водосбора имеет западную ориентацию. Площадь водосбора до с. Акжар составляет 1960 км², причем 91 % ее расположен на высоте менее 1700 м, а 60% ниже 1000 м. Средняя высота бассейна до с. Акжар 990 м. Более возвышенной является левобережная часть водосбора. На ней формируется сток самых крупных притоков – Уя, Каржар, Акпарак. Правобережные притоки из-за незначительности высот хребта Казыгурт представляют собой саи, заполняющиеся водой в основном во время таяния снега весной и прохождения селей. В остальное время они получают скудное подземное питание.

Река Боген образуется от слияния правой составляющей р. Улкен Боген и левой составляющей р. Бала Боген. Основные притоки впадают в реку справа – р. Шаян и р. Сасык. Бассейн р. Боген расположен на предгорной равнине в интервале высот 200-1300 м. Поверхность бассейна сильно расчленена речной сетью, балками и оврагами. Долина реки трапецеидальная. Пойма заливается только в многоводные годы. Русло умеренно извилистое. Средняя высота бассейна р. Боген до с. Красный Мост равна 480 м. Площадь водосбора 2160 км². Около 50 % площади водосбора расположено на высотах от 300 до 500 м.

Река Шаян впадает в р. Боген с правого берега на 117-ом км от устья. Основные ее правобережные притоки – Майбулак и Шаян-Курсай. Слева река принимает приток Акбет. Ширина поймы изменяется от 300 до 500 м. Пойма заливается только в многоводные годы. Площадь водосбора до урочище Майбулак составляет 485 км². Средняя высота водосбора 770 м. Бассейн расположен ниже 1200 м.

Истоки р. Аксу, представляющие собой ряд горных ручьев, находятся на высоте около 4000 м. Наиболее крупными притоками р. Аксу являются правые – Жосалы, Шуылдак и Каштыбай-Карасу. Левые притоки небольшие. От истока река течет на юго-восток, затем, образуя большую петлю, поворачивает на юго-запад, а от впадения притока Корымтор – на северо-запад, сохраняя это направление и до выхода из гор. Максимальная ширина горной части бассейна достигает 15 км. Долина имеет вид ущелья. В связи с тем, что здесь Аксу и ее притоки врезаются в известняки и размывают их, вода в реке, особенно в паводковый период, приобретает молочно-голубоватый цвет. Ниже выхода из гор она протекает по глубокому и узкому каньону со слегка выпуклыми и местами обрывистыми склонами.

До с. Подгорное площадь водосбора р. Аксу равна 462 км². Бассейн расположен в интервале высот от 800 до 4000 м. Распределение площадей водосбора по экспозициям неравномерно. Около 60 % площади в равной доле ориентировано на север и запад, остальная часть – на восток и юг в такой же пропорции. Средняя высота бассейна 2530 м, средний уклон водосбора 484 ⁰/₀₀, средняя густота гидрографической сети 0,71 км/км².

Жабагылысу — левобережный приток р. Арыс. Площадь ее водосбора до с. Новониколаевка равна 172 км². Большая часть площади имеет северную и западную экспозиции. Средняя высота бассейна 2360 м, средний уклон водосбора 410 ⁰/₀₀. В среднем для всего бассейна густота речной сети равна 1,81 км/км², но местами ее величина может достигать до 5 км/км².

Река Сайрам впадает в р. Бадам на 76 км от устья. Наиболее крупный приток Сайрама р. Балдыбрек, впадающая со стороны правого берега. Длина р. Балдыбрек 48 км. Другими притоками являются Каржайлау, Сильби. Сарыайгыр, Жыргатал, Суыксай, Каскасу и Когалы. Их длина от 10 до 20 км. Площадь водосбора р. Сайрам до с. Тасарык равна 468 км². Основная часть водосбора ориентировано на север (32 %) и запад (31 %). Средний уклон водосбора 370 ⁰/₀₀. Средняя густота речной сети – 2,2 км/км²[14-19].

1.5 Подземные воды

В Кызылординской и Южно-Казахстанской областях подземные воды используются довольно широко для хозяйственно-питьевого водоснабжения городов, населенных пунктов, их производственно-технического водоснабжения, обводнения пастбищ и других целей. Естественные ресурсы подземных вод и их сток формируется за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрационных потерь речных и оросительных вод. Запасы подземных вод на территориях областей размещены неравномерно.

На территории, контролируемой Арало-Сырдаринским БВУ, разведаны 62 месторождений подземных вод с общими утвержденными запасами по категориям А+В+С₁+С₂ 4366,67 тыс. м³/сутки, т.е. 1593,8 млн. м³/год. Из них в Южно-Казахстанской области находится 37 месторождений, 5 из них- месторождения минеральных вод с общими запасами 2992,62 тыс. м³/сутки или 1092,4 млн.м³/год; в Кызылординской – 25 месторождений с запасами 1374,05 тыс. м³/сутки или 501,4 млн.м³/год.

В настоящее время эксплуатируется в Южно-Казахстанской области – 22, в Кызылординской – 9 месторождений [20].

Роль подземных водных источников на современном этапе развития Южно-Казахстанской и Кызылординской областей с каждым годом становится все более значительной.

Основными факторами, влияющими на подземную гидросферу, являются добыча подземных вод, зарегулирование стока р. Сырдарии, фильтрация в водоносные горизонты сточных вод и жидких отходов промышленных предприятий и населенных пунктов, отступление акватории Арала, развитие процессов опустынивания и соленакопления в почвах.

1.6 Особенности водного режима рек

Орографические, гидрографические и климатические условия района определяют характер питания и особенности водного режима рек. Сильное влияние на водный режим почти повсеместно оказывает хозяйственная деятельность в пределах рассматриваемых бассейнов [12-15]. Отметим лишь основные особенности водного режима.

Бассейны исследуемых рек можно разбить на два типа – горные реки и низкогорные. Реки Арыс с притоком Бадам, Келес и Боген с притоком Шаян до изучаемых постов относятся к низкогорным рекам, средняя высота их водосборов не превышает 1500 м над уровнем моря. Основными источниками питания этих рек являются талые воды сезонного снега и дождевые воды. Меньший удельный вес составляют воды ледников и многолетних снегов. По классификации В.Л. Шульца, по водному режиму эти реки можно отнести к 4 типу, т.е. основная часть стока приходится на весенне-летний период [9] (таблица 4).

Классификация рек, по В.Л. Шульцу [5, 6, 9], производится по двум показателям. Первый показатель F — отношение между объемами стока за июль-сентябрь (W_7-9) и март-июнь (W_3-6), т.е.

F = W_7-9/ W_3-6. (1)

Он позволяет оценить соотношение между объемами снегово-ледникового и снегового половодий, характеризует условия питания и внутригодовое распределение стока. Этот показатель в значительной степени зависит от распределение высот водосбора, в том числе и от средневзвешенной высоты.

Таблица 4-Значения показателей и типы водного режима исследуемых рек [6]

Река	Пункт	F	W_7-9, в % от годового	Месяц с максимальным стоком	Тип водного режима
Арыс	ж.-д.ст. Арыс	0,17	8	апрель	4
Келес	Акжар	0,06	4	апрель	4
Боген	Красный Мост	0,01	1	апрель	4
Шаян	В 3,3 км ниже устья р. Акбет	0,06	4	апрель	4
Бадам	Михайловка	0,08	4	апрель	4
Сайрам	Тасарык	0,92	38	июль	2
Жабагылысу	Новониколаевка	0,71	34	июль	2
Аксу	Подгорное	0,82	38	июль	2

Вторым показателем внутригодового распределения стока, характеризующим его в целом и в то же время находящимся в тесной связи со средними взвешенными высотами водосбора, является объем стока за период июль-сентябрь, выраженный в процентах годового стока.

Весеннее половодье на реках Арыс, Бадам, Келес, Шаян начинается в феврале – марте, иногда в конце января (например, 27.01.1966 года –
р. Шаян). Наибольшие расходы воды на реках данного типа наблюдаются в апреле-мае. Общая продолжительность половодья составляет порядка 100-140 дней. За этот период проходит основная доля годового стока, от 56 % на р. Арыс до 81 % на р. Боген. Половодье формируется за счет таяния преимущественно сезонного снега. Рост водности рек начинается после наступления устойчивых положительных температур воздуха. Колебания расходов воды имеют суточный ход, обусловленный внутрисуточными колебаниями температур воздуха. Сильные обложные дожди в нижних зонах водосборов вызывают дождевые паводки, накладывающиеся на снеговое половодье. При благоприятных условиях, особенно на реках с низкорасположенными водосборами, такие дожди формируют катастрофические максимальные расходы воды. Половодье проходит в виде одной волны, на фоне которой часто отмечаются высокие кратковременные пики. В отдельных случаях увеличение водности рек, обусловленные дождями и оттепелями, начинается еще с осени. Повышенные расходы держатся в декабре и январе, иногда до начало основного паводка. Половодье обычно заканчивается в июне-июле [5-7, 9] .

Межень, период преимущественно подземного питания рек, характеризуется небольшими расходами воды и отсутствием суточных колебаний. Минимальная водность у рек данного типа наблюдается в июле-сентябре. В отдельные годы, как уже отмечалось, осенью и зимой проходят один или несколько паводков, вызывающих общее увеличение меженного стока.

Реки Аксу, Сайрам, Жабагылысу, по классификации В.Л. Шульца, относятся ко второму типу (см. таблица 4). Эта категория рек получает питание в высокогорной зоне, но ледниковая составляющая незначительно или совсем отсутствует. Их водный режим характеризуется сильным увеличением водности в летний период в связи с интенсивным таянием сезонных снегов, снежников и ледников. К концу зимы среднемесячные расходы воды рек, питающихся к этому времени грунтовыми водами, довольно устойчивы и обычно изменяются у рек Аксу и Сайрам от 1,5-2,0 до 5,5-6,0 м³/с, а у р. Жабагылысу – от 0,40 до 1,40 м³/с.

Весенний паводок обычно начинается в конце марта-апреля от таяния сезонного снега. В этот период, в средние по водности годы, расходы воды рек Аксу и Сайрам равны 7-8 м³/с, а на р. Жабагылысу составляют 2,9-3,3 м³/с. В многоводные годы они могут достигать соответственно от 16 до 18, и от 6 до 10 м³/с. Небольшие понижение водности отмечается в начале мая. Затем линия снеготаяния поднимается выше и начинается вторая волна половодья. В многоснежные годы, как правило, спада в начале мая не отмечается. Первая волна половодья сливается с ледниковым паводком. Среднесуточные расходы воды в многоводные годы в конце мая — в июле достигают от 50 до 65 м³/с на реках Аксу и Сайрам, и от 13 до 14 м³/с на
р. Жабагылысу.

Во второй половине лета начинается сравнительно ровный спад расходов воды, нарушающийся иногда небольшими паводками. К концу октября реки переходят на грунтовое питание, при котором расходы воды медленно и плавно снижаются до февральского минимума. Зимой в верховьях реки замерзают.

Средний многолетний годовой расход воды р. Аксу у с. Подгорное равен 9,48 м³/с, р. Сайрам у с. Тасарык – 8,56 м³/с и р. Жабагылысу у с Новониколаевка – 2,32 м³/с. Доля ледникового питания в годовом стоке невелика: 3,5 % у рек Аксу и Жабагылысу и 7 % у р. Сайрам.

Несмотря на это, ледниковое питание оказывает существенное влияние на сток второй половины вегетационного периода, когда запасы сезонного снега в водосборах уже истощаются, а потребность в воде для орошения увеличивается.

2 АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЕЧНОЙ СТОК

Активная водохозяйственная деятельность в бассейнах рассматриваемых рек началась в 30-40-х годах. Именно в этот период большинство оросительных каналов было введено в эксплуатацию. До настоящего времени они не имеют современного инженерного оборудования. Заборы воды на различные нужды существенно искажают гидрографы половодья уменьшают водность рек.

В пределах реки Арыс насчитывается до 300 магистральных и внутрихозяйственных каналов. Основная часть потребляемой воды расходуется на регулярное и лиманное орошение. Забор воды осуществляется на всем протяжении реки, начиная с верховьев. Площадь орошаемых земель составляет около 50 тыс. га, примерно 435 тыс. га приходится на обводняемые земли. В 1965 году начал эксплуатироваться Арысский магистральный канал, пропускная способность которого равна 45 м³/с. Его назначение – переброска части стока реки Арыс в Богенское водохранилище для поддерживания в нем необходимого уровня. Вода подается по каналу в основном в зимнее время; частично в марте и первых декадах апреля. Суммарный водозабор по реке Арыс до ж.-д.ст. Арыс составлял 58,5 м³/с, до с. Шаульдер – 62,1 м³/с.

В бассейне р. Бадам, левобережного притока р. Арыс, до гидропоста с. Михайловка насчитывается 43 канала, в том числе по 14-и из них вода отводится непосредственно из русла р. Бадам, а по 29-и из правобережных притоков Бадама (Акмозейсай, Бургулюк, Ермекбадам, Ленгерсай).

На участке реки от истоков до выхода из гор водопотребление на хозяйственные нужды отсутствует. Зона использования стока начинается от турбазы «Южная». Наиболее крупные каналы начинаются с левого берега р. Бадам. Это магистральные каналы Боз, Камышак, Айланба и Кыр . В отличие от водохозяйственных систем в бассейнах других рек большинство каналов в бассейне р. Бадам инженерно оборудованы, на них имеются водосливы и сооружения для уровнемеров. Площадь регулярного орошения составляет около 15 тыс. га, площадь обводнения – примерно 80 тыс. га. В 1974 году на р. Бадам, в 500 м выше гидроствора с. Михайловка, сооружена водоподъемная плотина, обеспечивающая поступление воды в Бадамское водохранилище. Сброс из этого водохранилища располагается ниже гидропоста с Михайловка. В меженный период практически весь сток р. Бадам поступает в Бадамское водохранилище.

Суммарный водозабор по р. Бадам ниже села Кызылжар составлял 12,6 м³/с. Значительные нарушения поступления воды в р. Бадам наблюдается у села Михайловка с 1974 года [14], когда была сооружена водоподъемная плотина, обеспечивающая поступление воды в Бадамское водохранилище.

В бассейнах рек Аксу, Сайрам и Жабагылысу наблюдается рассредоточенный разбор воды на орошение по каналам, поэтому трудно провести более или менее отчетливую границу между зоной формирования стока и зоной его рассеивания. Основная часть потребляемой воды используется для регулярного орошения.

В бассейне р. Жабагылысу выше с. Новониколаевка берет начало всего лишь один канал. Забор воды осуществляется в течение всего года, но наибольшее количество воды забирается в вегетационный период. Средние месячные величины водозабора в этот период изменяются от 1,0 до 2,8 м³/с. В остальное время года водозабор составляет менее 1,0 м³/с. Встречаются годы, когда водозабор в течение месяца может осуществляться на уровне
6,5 м³/с. За счет стока р. Жабагылысу орошается около 5-7 тыс. га, а обводняется около 10 тыс. га земель.

На реке Аксу выше поста с. Подгорное находятся головные сооружения двух каналов, построенные в 1935 и 1938 годах. Остальные 11 каналов берут начало ниже гидропоста. Вода в верховые каналы забирается в основном в весенний период. Среднемесячная величина водозабора в обычные годы не превышает 1,0 м³/с. Иногда водозабор в июне и июле может достигать от 4,0 до 4,7 м³/с. Суммарный водозабор по реке Аксу до с. Кызылкишлак составляла порядка 9,66 м³/с. Площадь орошения в бассейне составляет 18-20 тыс. га.

Из реки Сайрам на участке до с. Тасарык (Блинково) берут начало два канала, построенные в 1946 и 1975 годах, с величиной водозабора равной 0,87 м³/с. Забор воды осуществляется в вегетационный период, а в остальную часть года он практически отсутствует. Ниже села и до устья в бассейне реки 32 водозаборных каналов с водозабором около 9,81 м³/с.

В пределах бассейна р. Боген до с. Кызылкопир (Красный Мост) насчитывается 20 магистральных каналов с суммарной величиной забора порядка 11,2 м³/с. Площадь орошаемых земель составляет 50 тыс. га, обводняемых – 420 тыс. га.

Характерной особенностью этого водохозяйственного комплекса является широкое использование насосных станций. До гидропоста, расположенного на р. Шаян в 3,3 км ниже устья р. Акбет, водохозяйственная деятельность развита слабо, эксплуатируется только один канал.

Малые реки юго-западного склона хребта Каратау. Естественный приток воды по этим рекам и дебит изолированных родников составляет в среднем за год 13,7 м³/с. Вода этих рек до реки Сырдария, как правило, большую часть года не доходит, так как полностью разбирается на орошение. Вследствие нехватки собственной воды для орошения в этом районе в него дополнительно подается вода из р. Арыс по Арысскому каналу. Для целей ирригации здесь сооружено 12 мелких водохранилищ и прудов, представляющих собой большей частью, перекрытые насыпными дамбами долины рек или долинообразные понижения местности. Площади этих водохранилищ невелики – от 0,01 до 1,5 км². Как правило, водохранилища оборудованы водовыпусками, от которых берут начало оросительные каналы. Заполнение большинства из них происходит в период весеннего половодья и при прохождении дождевых паводков. Забор воды на орошение из рек и родников этого района производится 70 каналами; их суммарный среднегодовой расход равен 21, 0 м³/с. Наиболее крупный из них Арыс-Туркистанский, забирающий воду из Богенского водохранилища (емкость 440 млн. м³) со среднегодовым расходом 11,5 м³/с.

Бассейн реки Келес до устья имеет 29 водозаборных и 2 сбросных канала: общий суммарный водозабор составляет 8,78 м³/с, а сброс 6,78 м³/с. Все они земляные и не оборудованы даже простейшими инженерными сооружениями. Пропускная способность таких каналов незначительна. Часто во время паводков каналы разрушаются. В дополнение к забору воды из каналов, различные хозяйства устанавливают мощные насосы, используя воду для различных хозяйственных нужд. Во время паводков затопляется практически вся пойма реки. Интенсивное использование воды здесь на орошение началось также в 30-х – 40-х годах. Именно в этот период была введена в эксплуатацию основная часть действующих в настоящее время каналов. Увеличение площадей поливных земель произошло в 1987 году в связи с вводом в действия магистральных каналов Газлинского и Ханым, перебрасывающих воды из р. Шыршык в долину р. Келес. Сбросы Шыршыкской воды в р. Келес осуществляется выше аула Акжар, а по каналу Зах со средним расходом 5 м³/с ниже аула. Несмотря на то, что забор воды из р. Келес осуществляется с давних пор, т.е. антропогенная нагрузка носит постоянный характер, резких нарушений стока воды здесь не наблюдается.

Водные ресурсы малых рек юго-западного склона хребта Каратау составляют 1,293 км³/год и они, как правило, большую часть года до р. Сырдарии не доходят, вследствие полного разбора на орошение. Кроме того, вследствие нехватки собственной воды для орошения в этом районе в него дополнительно, как отмечалось выше, подается вода из р. Арыс по Арысскому магистральному каналу, которая аккумулируется в Богенском водохранилище. Сток реки Боген в объеме 0,576 км³ так же используется на орошение и заполнения одноименного водохранилище.

Водные ресурсы р. Арыс, составляющие 3,012 км³ в год в основном расходуются на регулярное и лиманное орошение, на передачу своих вод в бассейн малых рек в среднем объеме до 1,5-2,0 км³ в год. И остаточный сток (указанный выше) сбрасывается в реку Сырдария.

Водные ресурсы р. Келес в объеме 0,862 км³ интенсивно используется на орошение пригодных земель и во второй половине вегетационного периода водообеспечение в бассейне роизводится за счет воды из р. Шыршык, остаточный сток за год попадает в р. Сырдария.

Таким образом, регулирование речного стока является эффективным приемом улучшения использования водных ресурсов т территории прилегающей к хребту Каратау. Многовековая практика земледелия подтверждает целесообразность такого мероприятия.

3 РАСЧЕТ РЕЧОГО СТОКА

Сток рек рассматриваемого региона, как было показано выше, колеблется в широких пределах, как в течении годового, так и многолетнего периодов. Для водохозяйственных расчетов необходимо установить характер колебаний стока и обеспеченность объема стока, нужного для использования.

Изучение режима стока для годовых циклов производится по гидрографам, а многолетнего режима стока – по кривым продолжительности (обеспеченности). Для этого ряды измеренных величин располагают в убывающем порядке и обеспеченность каждого измеренного расхода (m) в ряду (n) вычисляются по формуле:

(1)

Обеспеченность максимальных расходов рекомендуется определять по формуле:

(2)

По кривым обеспеченности определяют величину расходов, имеющих обеспеченность, например Р=5%, Р=50%, Р=75%, Р=90%, Р=95% — соответствующих разным направлениям использования водных ресурсов.

Вычисления параметров эмпирической кривой обеспеченности среднегодовых расходов р. Шаян приведена в таблице 5, выполненная с применением программы кривой обеспеченности составленной к.г.н. Чигринец Л.Ю. [таблица 5].

Теоретическую кривую обеспеченности средних годовых расходов строим по вычисленным ординатам (таблица 6-9), затем на клетчатку вероятности строится кривая обеспеченности (таблица 2-5).

Как видно из приведенных рисунков, на всех реках, выбранных для анализа, наблюденные расходы расположены вблизи кривой обеспеченности, что свидетельствует о том, что соотношение между коэффициентом вариации C_V и коэффициента асимметрии соответствует фактическим расходам. Следовательно, по построенным кривым обеспеченности, можно определять расчетные расходы.

Использование программы построения кривой обеспеченности позволяет получить полностью спрямленную линию при C_s=0. Асимметрические кривые спрямляются не полностью и имеют выпуклость тем больше, чем больше коэффициент асимметрии C_s_.При положительной асимметрии выпуклость обращена вниз, при отрицательной – вверх.

Приведенные кривые обеспеченности могут применяться для расчета редко повторяющихся значений максимальных и минимальных расходов, а также определения сезонного (весеннего, летнего, зимнего) стока. Для этого надо иметь достаточно длинный ряд наблюдений (n>30..40 лет), чтобы с приемлемой точностью вычислить необходимые для построения кривой обеспеченности три параметра: среднее значение ряда (например, норму стока), коэффициент вариации и коэффициент асимметрии.

4 ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ

И ХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОКА

При расчете минимальных и средних расходов воды, а также внутригодового распределения стока в качестве критерия надежности принимают ежегодную обеспеченность как вероятность превышения заданных величин. Она ограничивается нижним допустимым пределом превышения расходов. Если не увеличивать расчетную обеспеченность (т.е. нижний допустимый предел), то это приведет к снижению полноты использования речного стока, из-за уменьшения расчетного расхода.

Расчетная обеспеченность отдачи водохранилища характеризуется вероятностью превышения расхода, то есть числом лет в процентах, в течении которых потребитель полностью и бесперебойно обеспечивается водой в условиях регулирования стока. Годовая отдача при хозяйственно-бытовом водоснабжении должна быть бесперебойной и иметь приоритет перед другими потребителями воды.

Расчетную обеспеченность при проектировании водохозяйственных мероприятий устанавливают в пределах: для питьевого водоснабжения 97…99%, промышленного 95…97%, орошении 75…80…95%, гидроэнергетики 90…95%, водного транспорта 80…90% и рыбное хозяйство (в прудах) 75…85%.

Следует различать расчетную обеспеченность стока и расчетную обеспеченность отдачи. Последняя назначается технико-экономическими расчетами и является регулируемой величиной, в то время как расчетная обеспеченность стока зависит от водного режима реки.

С помощью приведенных выше кривых обеспеченности определим расчетные расходы для разных отраслей экономики [таблица 9].

Таблица 9 – Расчетные расходы отраслей экономики

Отрасль экономики	Р, %	Расчетный расход Q_расч по рекам
Отрасль экономики	Р, %	Шаян	Бадам	Боген	Арысь
Коммунальное хозяйство	98	0,90	0,10	0,80	0,50
Промышленность	95	1,0	0,15	1,0	1,0
Орошение	75	1,20	0,90	1,9	1,95
Орошение	95	1,0	0,15	1,0	1,0
ГЭС	90	1,05	0,30	1,1	1,1
Рыбоводство	75	1,20	0,90	1,9	1,95

Из данных таблицы видно, что величина выбранная расчетной обеспеченности сильно влияет на расход Q_расч.Отрасли экономики предъявляют разные требования, не только к бесперебойности водоснабжения, но и к количеству воды. Поэтому выбор хозяйственного использования речного стока должен учитывать условия водообеспечения.

В данном дипломном проекте предлагается вариант использования водных ресурсов ориентированный на решение основных проблем малых рек Южного Казахстана – предотвращение истощения речного стока и защита рек от загрязнения воды. При этом принимаются во внимание социально-экономические особенности региона и гидроэкологические условия.

В Южном Казахстане хозяйственно-питьевое водоснабжение основано на использование подземных вод. Поэтому речной сток не подлежит для сельскохозяйственного водоснабжения. Так как районы, прилегающие к хребту Каратау являются сугубо земледельческими, то и затрата воды для местной промышленности минимальные.

Остальные отрасли: орошение, гидроэнергетика и рыбоводство, в принципе, перспективны. Орошаемое земледелие здесь является базовой отраслью народного хозяйства и обеспечивает местное население работой и средствами существования. Использование речного стока здесь рекомендуется осуществлять следующим способом. Расходы воды 95 % обеспеченности, с учетом гидроэкологических требований, считать минимальными расходами, необходимыми для санитарных попусков, и отбор воды для других целей в меженный период не допускается. Потребности орошаемого земледелия удовлетворяются за счет стока, образуемого разность расходов 75 % и 95 % обеспеченности. Следовательно, этим стоком лимитируется величина орошаемой площади.

Строительство ГЭС на малых реках в последнее время признается целесообразным. Так, в 2007 году в Алматинской области на р. Каратал начато строительство восьми малых ГЭС. Учитывая острый дефицит электроэнергии в южном Казахстане и здесь возможно использование водной энергии. Это положительно скажется на сохранности речного стока малых рек. Качество воды в этом случае ничто не угрожает.

Большую перспективу в Южном Казахстане имеет прудовое рыбоводство. Эта отрасль может приносить доход значительно больший, чем прибыль от орошаемого земледелия, что подтверждено опытом в Китае. Пруды обычно принадлежат частным лицам.

5 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ

ВОДОХРАНИЛИЩ ДЛЯ РЕКРЕАЦИИ

5.1 Значение водохранилищ для рекреации

Полноценному отдыху и лечебному эффекту способствуют водные объекты засушливых территорий. Здесь возможны разные виды активного отдыха: плавание, гребля, водные лыжи, рыбная ловля и другие. Поэтому именно на берегах водоема располагаются большая часть рекреационных учреждений и объекты кратковременного отдыха населения.

По мнению А.Б.Авякяна и В.Б.Яковлевой («Проблемы рекреационного использования водохранилищ» [26]), целесообразность создания водохранилищ для рекреации обосновывается следующим:

— в засушливых районах водохранилищ повышают рекреационную ценность и емкость ландшафтов;

— до 60% жителей городов могут проводить кратковременный отдых на берегах водохранилищ;

— рекреационные водохранилища создаются в благоприятных ландшафтно-климатических условиях;

— водохранилища, создаваемые в предгорных и горных районах имеют развитую транспортную сеть и другую инфраструктуру.

Поэтому масштабы рекреационного использования водохранилищ в индустриально развитых странах ежегодно увеличиваются на 10…15%. Доход от такой формы использования речного стока в ряде случаев превышает доходы от других видов хозяйственной деятельности.

Одно из основных требование к проектированию зон отдыха на берегах водохранилищ заключается в необходимости поддержания постоянного или близкого к нему уровня воды в водоеме. Американские инженеры считают, что в период наибольшего посещения водохранилищ отдыхающими колебания уровня не должны превышать 30-60 см.

Рекреационная ценность водохранилищ характеризуется типом ландшафта, формой, глубиной, площадью водного зеркала, уклоном берегов, температурой воды, удаленностью от крупных городов, обеспеченностью коммуникациями.

Препятствиями для создания такого рода водохранилищ являются: опасность загрязнения воды хозяйственно-бытовыми, транспортными и промышленными стоками, а также возможность цветения воды, интенсивная переработка берегов.

В Южно-Казахстанской области положительные факторы, свидетельствующие о целесообразности создания такого рода водоемов, явно преобладают над отрицательными. Однако здесь есть одно существенное обстоятельство, которое требует особого анализа. Это – высокая испаряемость в регионе.

Так как наша главная цель – разработка мероприятий по предотвращению истощения стока малых рек, мы должны подробно рассмотреть количественную сторону испаряемости и вычислить дополнительное испарение с водной поверхности водохранилищ.

При проектировании водохозяйственных мероприятий важно иметь методы расчета испаряемости с использованием самых распространенных и доступных метеорологических характеристик. Это позволяет оценивать не только существующие, но и будущие условия (например, глобальное «потепление климата»). Поиску таких методов посвящен следующий параграф.

5.2 Оценка испаряемости в условиях предгорной зоны хребта Каратау

Испаряемость — характеристика, которая широко применяется в разнообразных географических, климатических и других исследованиях и расчетах . Так как она прежде всего определяется 3 основными факторами :дефицитом влажности воздуха, тепловым балансом поверхности и интенсивностью турбулентного влагообмена то, по мнению многих ученых (А.Р.Константинова, В.И. Бабкина, В.С.Мезенцева, М.И.Будыко, В.К.Давыдова, А.И.Будаговского и др. ), ее можно считать комплексной характеристикой климатических природных зон .

Определение понятия «испаряемость» дано в работе [21]. Некоторые ученые (Г.Н.Высоцкий , В.В.Докучаев , А.Пенк, Трансо и др.) в качестве испаряемости принимают испарение с водной поверхности . Другие (А.Р.Константинова , В.С.Мезенцева , М.И.Будыко и др.) считают, что в этом случае испаряемость получается заниженной и предлагают считать за испаряемость либо испарение с предельно увлажненной оголенной почвы, либо испарение с луга при оптимальных влагозапасах почвы. А.Р.Константиновым [22] и др. также установлено , что понятию максимально возможного испарения в большой степени соответствует испарение с оптимально увлажненного луга при неограниченных влагозапасах, чем испарение с оголенной предельно увлажненной почвы.

Определять испаряемость экспериментально достаточно сложно, так как на интенсивность испарения влияют многочисленные факторы [23]. Поэтому данных наблюдений за испаряемостью мало и ее часто приходится определять расчетными методами.

К настоящему времени имеется достаточно большое количество формул для расчета испаряемости. Наиболее известные из них: Г.Н.Высоцкого, А.Пенка, Р.Шрейбера, М.И.Будыко, В.И.Бабкина, В.С.Мезенцева Н.Н.Иванова ,Торнтвейна, А.И.Будаговского, В.В.Голубцова, А.Ф.Литовченко и др.

Месячная величина испаряемости (Е₀ мес, мм) по формуле
Н.Н. Иванова рассчитывается по формуле

Е ₀ мес = 0,0018 (Т+25)²(100-r), (3)

где Т и r- соответственно средняя месячная температура воздуха (⁰С) и относительная влажность воздуха, %

Формула Тюрка имеет вид:

Е₀= 300 + 25 t + 0,05 t², (4)

где Е₀— годовая величина испаряемости (в мм);

t – средняя годовая температура воздуха, ⁰ С.

Формула Тюрка с поправочным коэффициентом Е.Н.Вилесова:

Е₀= 2,33 [300+25 t + 0.05 t²] (5)

где t – средняя годовая температура воздуха, ⁰С.

Исследование испаряемости , выполненные последние годы в КазНУ им.аль-Фараби [25] показали, что для прогнозирования ее в условиях Казахстана наиболее пригодными являются формулы Н.Н.Иванова и Л.Тюрк, а также формула В.С.Мезенцева.

Результаты расчетов показали наилучшую сходимость расчетных данных с фактическими по формулам Н.Н.Иванова (среднее отклонение – 20,8 %, максимальное 57% , минимальное – 0,5%), Тюрка с поправочным коэффициентом Е.Н.Вилесова (среднее отклонение – 25,5%, максимальное- 56 %, минимальное – 3%) и В.С. Мезенцева [21] (среднее отклонение – 29%, максимальное – 60%, минимальное -0,5%)

Учитывая, что данный метод Н.Н.Иванова требует минимального количества исходных параметров и может характеризовать большие территории (природные зоны, речные бассейны), по видимому, он является, одним из самых перспективных. Для того, чтобы охарактеризовать испаряемость с подстилающей поверхности, занятой различной растительностью (культурной и естественной), для сравнительного анализа необходимо оценить и другие методы: в частности, следует оценить формулы, применяемые в орошаемом земледелии для вычисления суммарного водопотребления культурных растений, которое можно приравнять к величине испаряемости. По данным А.Р.Константинова, испарение с водной поверхности неглубоких (до 2 м) водоемов близко к испарению с оптимально увлажненных почв под сельско-хозяйственными культурами.

А.Р. Константинов предлагает в качестве стандарта оптимально увлажненный луг.Имеются предложения принимать растительный покров люцерны в качестве испаряемости.

Проверка расчетных методов определения суммарного водопотребления культурных растений.

Расчетные зависимости, использованные М.Х. Сарсенбаевым и М.Г.Баженовым при вычислении испаряемости следующие:

Формула Н.Н.Иванова с коэффициентом К_м= 0,8 (понижающий коэффициент Л.А.Молчанова, вводимый для орошаемых земель Средней Азии):

Е= 0,0018 ∙ К_м(100-а)(25+ t)² = 0,00144 (100-а)(25+ t)² (6)

Формула Х.Б.Блейни и В.Д.Криддла (современная интерпретация):

Е=N∙n (0,46 ∙t+ 8.13)∙ К₀, (мм в месяц) (7)

где N- число суток в месяце;

n – средняя суточная продолжительность дневного времени в % от годовой суммы;

t- температура воздуха.

К₀=f(а)∙f(C/C_max)∙f(v), т.е. произведение функций, зависящих от влажности воздуха, отношения фактической и максимальной продолжительности солнечного сияния и скорости ветра (значения в таблицах).

Биофизический метод Украинского НИИ орошаемого земледелия (формулы Д.А. Штойко):

(8)

(9)

где Е – суммарное испарение за расчетный период, м³/га;

— сумма среднесуточных температур воздуха за расчетный период, градусов;

— среднесуточная температура воздуха за расчетный период, градусов;

a — средняя относительная влажность воздуха за расчетный период, %.

Первую формулу применяют для расчета суммарного испарения в период до появления всходов (возобновление вегетации весной) до затенения поверхности почвы растениями и в период созревания, а вторую – в основной период вегетации при интенсивном водопотреблении растений.

Основное преимущество биофизического метода – возможность получать ежедневную информацию о состоянии влагозапасов на каждом орошаемом поле при незначительных затратах труда и средств.

Вычисления показали, что за вегетационный период с апреля по сентябрь по метеостанции «Луговое», прогнозные величины составляют: испаряемость Е₀ по классической формуле Н.Н.Иванова равна 1062 мм, что согласуется с принятыми средними значениями испаряемости для полупустынной зоны [7] : 1130 мм за год.(расхождение 6%).

Формула Н.Н.Иванова с поправочным коэффициентом равным 0,8, широко апробированная и применяемая в Средней Азии , характеризует собой суммарное водопотребление (эвапотранспирацию) культурных растений, и может быть рекомендована для характеристики испаряемости с территорий крупных ландшафтов как естественных, так и агрокультурных .

Сопоставление эвапотранспирации по данной формуле по метеоусловиям предгорной зоны (м/с «Луговое») 850 мм и суммарное водопотребление по второй формуле Д. А.Штойко Е₂= 841 мм показало практически одинаковые результаты (вторая формула Д.А.Штойко более обоснована для обширных оазисов или естественных ландшафтов , где не проводятся специальные агротехнические мероприятия по «закрытию» влаги).

Формула Х.Ф. Блейни – В.Д. Криддла, хотя и приводит к применяемым по точности результатам, (Е=794-872мм), но требует дополнительной климатологической информации.

Следовательно для зоны недостаточного увлажнения Южного Казахстана на орошаемых массивах, дельтах рек и на обильно заливаемых участках пойм, вычисление потенциальной эвапотранспирации растений с достаточной точностью можно производить по формуле Н.Н.Иванова, с корректирующим коэффициентом К=0,8, предложенным Л.А.Молчановым.

Поэтому учет испаряемости для рассматриваемого региона нами произведен по данным метеостанции «Шаян» на основе среднемноголетних данных (см.приложение).

Результаты вычислений по формуле Н.Н.Иванова, с поправочным коэффициентом Молчанова (К=0,8) представлено в таблице 10.

Е= 0,0018·Км (100-а) (25+t)²=0,0014 (100-а) (25+ t)²;

Е _III = 0,00144 (100-68) (25+(5,4))²=42,2 мм ;

Е _IV= 0,00144 (100-61) (25+13)²=81,1 мм ;

Е_V= 0,00144 (100-51) (25+19,4)²=139,1 мм ;

Е _VI= 0,00144 (100-35) (25+24,9)²=233,0 мм ;

Е _VII = 0,00144 (100-25) (25+28,3)²=306,8 мм ;

Е _VIII= 0,00144 (100-27) (25+26,5)²=240,6 мм ;

Е _IX = 0,00144 (100-31) (25+19,3)²=195 мм ;

Е _X = 0,00144 (100-44) (25+11)²=104,5 мм ;

Е _XI= 0,00144 (100-69) (25+2,1)²=32,8 мм ;

Σ_IV-X= 1147мм; Σ=1311,5мм ;

Таким образом, годовая испаряемость (без учета месяцев с отрицательной температурой воздуха) по расчету Е _расч= 1311,5 мм., по карте годовой испаряемости Е_к=1200 мм. Расхождение 8%, что допустимо. Полученная величина испаряемости нами в дальнейшем использовалась для определения дополнительного испарения с водной поверхности водохранилища.

5.3 Расчет потерь воды из водохранилища сезонно-годичного регулирования

Вычисления произведены по МС Шаян.

Испарение расчетной обеспеченности вычисляется по формуле:

Е_р= К_рĔ (10)

где Ĕ- норма испарения (1312 мм- по м-ду Иванова);

К_р-модульной коэффициент расчетной обеспеченности;

Р=80%- как для засушливого года.

Район хребта Каратау относятся К VII зоне и С_V=0.10, К_р= 0,915, Е_р=0,915·1312=1200 мм.

Расчет дополнительного испарения основан на учете количества осадков, поступающих в чашу водохранилища

Е_Δоп= Е_в-Х ( 11 )

где Х – годовая сумма осадков.

Е_в— испарение с воды

Потери воды на дополнительно испарения вычисляют с площадей, ограниченных отметками НПУ и УМО. При многолетним регулировании стока средний слой дополнительного Е= разности :

Е_Δ= Е_в-Е_с (12)

где Е_в— среднемноголетний слой испарения с водной поверхности;

Е_с— средневзвешенный слой Е поверхности суши до строительства водохранилищ.

По В.И.Мокляку, расчетный слой дополнителного испарения при сезонно-годичном регулировании стока:

Е_рII=k_100-рЕ_в-k_рх(1-ά_с) (13)

k_100-р-модульный коэффициент слоя испарение с водной поверхности;

k_р— модульный коэффициент слоя атмосферных осадков расчетной обеспеченности:

р- процент обеспеченности слоя осадков;

Вычисление по Мокляку:

Р=80%

k_100-р=100-80=20%

k_100-р=1,083

k_рх=0,915·261=239 мм

(1-ά_с)=0,60 по таблице коэффициентов стока ά_спо А·В Огиевскому:

Е_р_II=1,083·1147-239·0,60=1242-143=1099 мм.

Внутригодовое распределение годового испарения по месяцам для малых водоемов, находим в зависимости от природно-климатической зоны. Исследуемый район согласно схемы районирования по типам внутригодового хода испарения относится к седьмой зоне (среднее течение и низовье р. Сырдарьи.) [Большаков].

Вычисления месячных значений для многолетних величины и для засушливого (расчетного) года представлено в таблице 11. Расчеты показали, что в районе хребта Каратау различие между испаряемостью (Е_Р=1105мм.) и дополнительным испарением (Е_п=1018мм.) незначительное. Поэтому для малых водохранилищ потери воды допустимо прогнозировать по величине испаряемости.

Погрешность расчета здесь гораздо ниже, чем, например, точность определения фильтрационных потерь [таблицы 11-13].

При водохозяйственных расчетах бывает нужно знать объемы испарившейся с поверхности водохранилищ влаги и потери воды на фильтрацию через тело платины и в ложе водоема.

Ориентировочные расчеты величины указанных потерь выполнены напримере водохранилища сезонно-годичного регулирования на р.Шаян.

Для расчета объема испарения нужно иметь F- среднюю площадь зеркала водохранилища в м² , которая находится по кривой F=f(ч) при уровне, отвечающем среднему наполнению вдхр. за расчетной интервал времени Δ t, в качестве которого принят 1 месяц.

Принимаем:

Объем речного стока расчетной обеспеченности Р=80%

W_р=W_80%= Q_р··t_сек= 1,2·31,5=37,8·10⁶ м³ (14)

Предварительные размеры водохранилища:

V_м.о.=3,8·10⁶ м³

V_нпу=11,3·10⁶ м³

V_плз=11,3·10⁶ -3,8·6= 7,54·10⁶м³

Таблица-11 Испарение с поверхности малых водоемов по месяцам (в % от суммы за безледоставный период для VII зоны)

месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	сумма
VIIзона		1	4	7	13	16	19	17	12	7	3	1	100
Е_{в мм}		11	44	77	143	176	209	187	132	77	33	11	1099
Е_р		12	47	82	153	188	224	200	141	82	35	12	1176

Таблица-12 Распределение осадков для года 80%- обеспеченности

месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	сумма
X	43	35	44	44	34	11	3	3	4	16	23	39	299
К_рх	39	32	40	40	31	10	3	3	4	15	21	36	274

Таблица-13 Расчет дополнительного испарения по зависимости В.И. Мокляка и А.В. Огиевского

Характеристика в мм	месяц								Итого за год
Характеристика в мм	4	5	6	7	8	9	10	11	Итого за год
Е_р	82	153	188	224	200	141	82	35	1105
Х_р	40	31	10	3	3	4	15	21	127
k_рх(1-ά_с)	24	19	6	2	2	2	9	13	77
Е_II	58	134	182	222	188	139	73	22	1018

Такие размеры позволяют осуществлять неглубокое регулирование стока р.Шаян, так как сток реки по всей длине используется хозяйствами.Назначаем глубину среднюю в водохранилище равной 3 м.

Расчетная площадь водной поверхности в водохранилище равна F_р:

F_ср= W_нпу/ h _ср= 11,3·10⁶м/3м=3,8·10⁶м²=380 га; (15)

По А.Б.Авакяну отношение F (га) к полному объему водохранилищ (при W_полн=10-50 млн.м³) равно в среднем 27,8. В нашем случае оно равно 380/(3,8+11,3)10⁶=25,1, т.е. соответствует реальным условиям.

Объемы испарения по месяцам вычислены с учетом почти постоянного поддержания слоя воды на уровне F_р:

I Пи= 23,2/1000·3,8·10⁶=0,09·10⁶м³+Ф= 0,32·10⁶ м³;

II Пи= 27,6/1000·3,8·10⁶=0,1·10⁶м³+Ф= 0,24·10⁶ м³;

III Пи= 42,6/1000·3,8·10⁶=0,16·10⁶м³+Ф= 0,39·10⁶ м³;

IVПи= 81,1/1000·3,8·10⁶=0,31·10⁶м³+Ф= 0,54·10⁶ м³;

V Пи= 150,5/1000·3,8·10⁶=0,57·10⁶м³+Ф= 0,8·10⁶ м³;

VI Пи= 243,8/1000·3,8·10⁶=0,93·10⁶м³+Ф= 1,16·10⁶ м³;

VII Пи= 306,8/1000·3,8·10⁶=1,17·10⁶м³+Ф= 1,4·10⁶ м³;

VIII Пи= 278,8/1000·3,8·10⁶=1,06·10⁶м³+Ф= 0,32·10⁶ м³;

IX Пи= 195/1000·3,8·10⁶=0,74·10⁶м³+Ф= 0,97·10⁶ м³;

X Пи= 104,5/1000·3,8·10⁶=0,40·10⁶м³+Ф= 0,63·10⁶ м³;

XI Пи= 39,1/1000·3,8·10⁶=0,15·10⁶м³+Ф= 0,38·10⁶ м³;

XII Пи= 31,6/1000·3,8·10⁶=0,12·10⁶м³+Ф= 0,35·10⁶ м³;

Потери на фильтрацию «Ф» приняты Ф=60/1000·3,8·10⁶=0,23·10⁶ м³, исходя из расчета 2мм за сутки и 60мм в месяц. Здесь мы ориентировались на рекомендации С.Н.Крицкого, М.Ф.Менкеля и М.В.Потапова по приближенному назначению величины фильтрационных потерь для средних гидрогеологических условий: 2мм в сутки или 0,72 м в год, или 1,5 % от среднего объема за месяц (18% от среднего объема за год).

Для удобства дальнейших расчетов построен график (рис.6), по которому при любом наполнении (объеме) водохранилища можно вычислить потери воды на испарение в сумме с фильтрацией в данном месяце.

Таблица 14 – Расчетная таблица

Месяц	V_н	W_р	U_t	U_ф	V_к	V_ср	П	V^/_ф	V^/_к	S	U_t+S
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
III	3,80	0,60	0,42	3,98	3,98	3,89	0,04	3,94	3,94		0,42
IV	3,94	0,86	0,42	4,38	4,38	4,16	0,08	4,3	4,3		0,42
V	4,30	5,21	0,42	9,09	9,09	6,7	0,12	8,97	8,97		0,42
VI	8,97	4,87	0,42	16,42	11,3	10,14	0,34	10,96	10,96	2,12	2,54
VII	10,96	1,90	0,42	12,44	11,3	11,13	0,26	11,04	11,04	1,14	1,56
VIII	11,04	0,55	0,42	11,17	11,17	1,11	0,42	10,75	10,75		0,42
IX	10,75	0,30	0,42	10,63	10,63	10,69	0,26	10,37	10,37		0,42
X	10,37	0,28	0,42	10,23	10,23	10,3	0,16	10,07	10,07		0,42
XI	10,07	0,29	0,42	9,94	9,94	10,01	0,1	9,84	9,84		0,42
XII	9,84	0,30	0,42	9,72	9,72	9,78	0,1	9,62	9,62		0,42
I	9,62	0,39	0,42	9,59	9,59	9,61	0,1	9,49	9,49		0,42
II I	9,49	0,20	0,42	9,27	9,27	9,38	0,06	9,21	9,21		0,42
Итого		15,75	5,04				2,04				8,3

Фиктивное наполнение с учетом потерь воды V^/_ф(графа 9) вычисляют как V^—_кП (графа 8).Если оно находится в пределах, то его считаем V^/_к (окончательным). Конечное наполнение одного интервала является начальным для последующего. Холостой сброс воды :

S = V^/_ф – V_нпу (16)

Фактические отдачи при отсутствии дефицитов равняются требуемым. Конечные наполнения изменяется в пределах :

V_нпу≥ V^/_к≥ V_м.о (17)

Регулирование стока при помощи водохранилищ позволяет создать зону отдыха в виде окультуренного водоема с постоянным уровнем воды, что очень важно для населения проживающего в условиях жаркого климата.

Исходя из санитарно-гигиенических требований и частичного удаления наносов из водохранилища, необходимо ежегодно производить сброс воды. Для этого паводки пропускают при пониженном уровне воды, близком к УМО.

В многоводные годы должен быть обеспечен пропуск максимальных расходов через водосбросные сооружения. Оперативное управление водными ресурсами водохранилищ для обеспечения отдачи режима уровней воды, пропуска половодий и паводков через водохранилища являются важнейшими мероприятиями. Состав гидротехнических сооружений при водохранилищном гидроузле должен обеспечивать выполнение этих мероприятий (рис.7).

Для того, чтобы в допустимые сроки пропустить расход Q₀= 3,8 м³/сек, нужно определить время опорожнения водохранилища от условной отметки 36,0 до отметки 31,0 м площадь водоспуска в плотине через который свободно может вытекать вода из водохранилища составляет W=1,5 м² . Центр водоспуска расположен на отметке 30,0 м. Коэффициент расхода был принят µ=0,7.

Приближенное решение задачи: приток в водохранилище за время dt будет Q₀dt Расход из водохранилища за то же время µw√2gHdt . Измерение объема воды в водохранилище ΩgН равно разности притока и расхода:

(18)

Отсюда время t в течение которого напор перед во допуском изменится от Н₁ до Н₂ при наличии постоянного притока Q₀ будет

; (19)

При опорожнении водохранилища н₁>Н₂ , поэтому перепишем интеграл (считая µ=const) так:

; (20)

Точное интегрирование этого выражения невозможно, так как Ω нельзя выразить аналитически через Н ввиду неправильной формы водохранилища. Заменим интегрирование одним из приближенных приемов –суммированием по способу трапеций.

Разделим опорожняемый объем водохранилища от отметки 31,0 м на п= 5 частей через Н= 1м по высоте. Объем одной части (приближенно):

(21)

Заменяя в подынтегральном выражении дифференциал dН конечной разностью напоров, получаем выражение для времени при изменении напоров от начального H_п до конечного H (H_п= 6м, H₁=1м)

раскрывая круглые скобки, получила:

+] ; (22)

подставляя в последнее уравнение численные значения задачи, получаем, подсчитав предварительно:

[

+]=

=0,11;

Такая продолжительность опорожнения может считаться допустимой. Таким образом, несмотря на очень высокую испаряемость, строительство водохранилищ на малых реках Южного Казахстана оправдано. Однако, использование зарегулированного стока для орошения больших площадей невозможно из-за нехватки воды и экономической убыточности гидромелиоративных мероприятий.

Использование речного стока для создания зон отдыха местного населения с финансированием мероприятий частными инвесторами имеют перспективу. Расчеты показали, что поддерживание уровня воды на отметках близких к НПГ не приносят ущерба водопользователем расположенным в нижнем течении рек.

Более того, меженные расходы в летние месяцы даже увеличиваются , что благоприятно, с учетом ожидаемого прироста населения в ближайшем будущем.

6 ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ СОХРАНЕНИЯ МАЛЫХ РЕК

(СОВРЕМЕННАЯ ОФИЦИАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ)

Реки, бассейны которых располагаются в одной географической зоне, называют малыми. Их гидрологический режим под влиянием местных факторов может быть несвойственен для рек этой зоны. Площади бассейнов малых рек составляют не более 2000 км². Являясь верхним звеном формирования поверхностного стока, они имеют весьма изменчивую водность: высокую- во время снеготаяния, ливневых и затяжных дождей, и чрезвычайно низкую – в остальное время года.

Вопросы рационального использования и охраны вод малых рек в последнее время приобретают все большее значение, так как водность и качественное состояние вод больших рек зависят от всех впадающих в них малых рек и ручьев . Кроме того, малые реки служат источниками водоснабжения многих населенных пунктов, широко используются при мелиоративных работах , на них располагаются важные нерестилища пресноводных рыб. Многие малые реки имеют большое охотохозяйственное и рекреационное значение. Летом на их берегах часто можно встретить рыбаков, отдыхающих горожан и сельских жителей, увидеть целые палаточные городки.

В последние годы состояние малых рек вызывает очень большую озабоченность. Некоторые из них обмелели из-за бессистемной вырубки лесов и распашки земли, приведший к заметному смыву почв в их бассейнах.,бурно растущие по берегам малых рек садоводческие кооперативы, корпуса домов отдыха, малые реки и их берега должны оставаться тихим, располагающим к отдыху местом « для всех », основой для развития хозяйственного и спортивного рыболовства.

Тревогу вызывают факты загрязнения малых рек. В настоящее время миллионами исчисляется в сельском хозяйстве парк тракторов, комбайнов, автомобилей, других машин. С каждым годом растет число кормоприготовительных машин, паровых котлов, другой техники. Все это множество машин и механизмов дает огромное количество сбрасываемой воды, содержащей бензин , лигроин, керосин, разные масла, ограниченные вещества. И этих сбросов бывает достаточно, чтобы испортить местный водоем или участок реки.

Минеральные удобрения и пестициды уже сейчас стали одним из наиболее серьезных источников загрязнения малых водоисточников. Они поступают туда различными путями: смыкаются с почвы поверхностным стоком, выносятся сбросными коллекторно-дренажными водами, попадают непосредственно в воды при нарушении правил авиаобработок посевов, несоблюдении хозяйствами, установленных для них регламентов по транспортировке, хранению и применению химических препаратов.

Свалка мусора, куча навоза , выгребная яма на берегу представляют угрозу для небольшой речки, озера, пруда, которые могут стать в результате этого непригодными для отдыха, купания, бытового использования. Если это происходит в верховье реки, ухудшается качество воды нижнего участка. С учетом этого недопустимо размещать в пойме реки на заливных лугах пастбища для скота. С таких территорий в воду попадают опасные для людей и животных микробы.

Проблемы малых рек нужно решать безотлагательно, помня при этом, что большое начинается с малого — если загрязнены малые реки , то не уберечь и крупные.

Полное прекращение сброса в малые водоемы промышленных, хозяйственно- бытовых и других видов сточных вод – одно из важнейших условий скорейшего восстановления малых рек. Необходимо также разрабатывать конкретные мероприятия по защите малых водоемов от заиления и создавать водоохранные зоны, в первую очередь для тех, которые имеют большое народнохозяйственное значение.

При проведении мелиорации земель в бассейнах малых рек и к вопросам их использования и охраны надо подходить особенно бережно – ведь они служат одним из самых важных элементов природных ландшафтов и изменение их режима резко сказывается на окружающей природе.

Необходимо строго контролировать все виды хозяйственной деятельности по берегам малых рек ( особенно в их истоках ) , которые могут существенно повлиять на состояние рек. Строительство наиболее крупных плотин на малых реках должны включаться в план работы водохозяйственных организаций. Нельзя строить даже небольшие плотины на малых речках без проекта и учета всех связанных с этим последствием.

Все сказанное весьма актуально для малых рек хребта Каратау, и для других регионов Южного Казахстана.

Заключение

Южно-Казахстанская область является самой густонаселенной территорией Казахстана. Здесь на площади 117,3 тыс.кв.км проживает свыше 2,11 млн. человек. Плотность населения 17 человек на 1 км². Здесь самые высокие темпы прироста населения.
В перспективе антропогенные нагрузки на природу будут еще более возрастать, что негативно скажется в первую очередь на водных объектах. Основная река области – Сырдарья, имеет низкое качество воды, из-за ее загрязнения в верховьях.
Основные проблемы малых рек заключаются в истощении речного стока и загрязнении воды, что вызвано бессистемным использованием водно-земельных ресурсов. Если не принять экстренных мер по охране водных, земельных, биологических и рекреационных ресурсов, то жизнеобеспечение будущих поколений будет поставлено под угрозу.
К числу важнейших мероприятий по охране малых рек от истощения относятся разнообразные водосберегающие технологии: разумное сочетание отраслей экономики (в частности, приостановка роста орошаемой площади), уменьшение потерь воды из каналов, посадка леса, создание защитных лесополос, агромелиоративные мероприятия.
Эффективным средством регулирования гидроэкологических условий на малых реках хребта Каратау является создание небольших водохранилищ с инженерно-гидрологическим обоснованием основных параметров. В сочетании с оптимальным направлением из хозяйственного использования, небольшие водохранилища позволят приостановить истощение речного стока и уменьшить загрязнение воды.
Технология гидрологических расчетов, содержащаяся в дипломной работе может быть использована в практике при допроектных переработках мероприятий по сохранению малых рек.

Список использованных источников

Ресурсы поверхностных вод СССР. Средняя Азия. Бассейн реки Сырдарьи. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. Т. 14, вып.1. — 438 с.
Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Средняя Азия. Бассейн реки Сырдарьи. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. Т. 14, вып.1.- 531 с.
Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Средняя Азия. Бассейн реки Сырдарьи. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. Т. 14, вып.1.- 208 с.
Государственный водный кадастр. Основные гидрологические характеристики. Средняя Азия. Бассейн реки Сырдарьи. -Л.: Гидрометеоиздат, 1978. Т. 14, вып.1.- 430 с.
Шульц В.Л. Гидрография Средней Азии – Ташкент: Изд. САГУ, 1958.-340 с.
Шульц В.Л. Реки Средней Азии — Л.: Гидрометеоиздат, 1965.- 691 с.
Пальгов Н.Н. Реки Казахстана – Алма-Ата: Изд. АН Каз.ССР, 1959.- 100 с.
Давидович Н.В. О вертикальном градиенте температуры воздуха в высокогорье Средней Азии // Материалы гляциологических исследований. – М.: 1972. – Вып. 19. – С. 59-67.
Щеглова О.П. Питание рек Средней Азии. – Ташкент: Изд. СамГУ, 1960. – 158 с.
Пузырева А.А. Климатическое районирование Южного Казахстана. – Алма-Ата: Наука, 1975. – 225 с.
Семенова М.Н. Климатическое районирование Южно-Казахстанской области. – Алма-Ата: Изд. АН Каз.ССР, 1959. – 145 с.
Изменчивость климата Средней Азии / Под ред. Ф.А. Муминова, С.И. Инагамовой; Гл. упр. по гидрометеорологии при Каб. Министров Республики Узбекистан, Среднеазиатский н.-и. Гидрометеорологический институт им. В.А. Бугаева. – Ташкент: САНИГМИ. – 1995. –216 с.
Бусалаев И.В. Математико-статистические методы обработки картографических материалов // Проблемы гидроэнергетики и водного хозяйства. – Алма-Ата: Наука, — 1966. – Вып.4. – С. 153-164.
Попова В.П. Прогнозирование водности притоков реки Сырдария в пределах Республики Казахстан // Дисс. канд. геогр. наук. – Алматы, 1998. – 125 с.
Цыценко К.В. Динамика естественных и антропогенных потерь в низовьях р. Сырдарьи // Тр. ГГИ. – 1990. – Вып. 341. – С. 20-26.
Государственный водный кадастр Республики Казахстан. Бюллетень. Поверхностные воды 2000 г, 2001 г, 2002 г – Алматы: РГП «Казгидромет», 2002. – 33 с.
Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Бассейны рек Средней Азии. Бассейн реки Сырдарьи. Т.5., вып.3. – Ташкент, 1975-1985. – 344 с.
Гидрологический ежегодник – Т. 5, вып. 3. – Л.: Гидрометеоиздат,1930-1970. –320 с.
Гидрологический ежегодник – Т. 5, вып. 3. – Алматы: РГП «Казгидромет», 1990-2002. –259 с.
Отчеты о деятельности Арало-Сырдарьинского бассейнового водохозяйственного упраления Комитета по водным ресурсам МСХ РК за 1990-2003 гг. – Кызылорда, АС БВУ. – 1990-2003. – 190 с.
Соколовский Д.Н. Речной сток. – Л.: Гидрометеоиздат, 1952-490 с.
Великанов М.А. Гидрология суши. — Л.: Гидрометеоиздат,1963-402с.
Пенман Х.Л. Растение и влага. — Л.: Гидрометеоиздат, 1968-160 с.
Агроклиматический справочник по Южно-Казахстанской области. — Л.: Гидрометеоиздат, 1961.- С. 130-139.
Вилесов Е.Н., Сергеева Ю.Ю., Оценка величины испаряемости и некоторых гидроклиматических параметров в условиях природных зон равнинного Казахстана. Сб. «Материалы международной научно-практической конференции», «Проблемы гидрометеорологии и экологии»: КазНИИМОСК, Алматы , 2001. с.145-147.
Баженов М.Г., Сарсенбаев М.Х. Суммарное испарение с речного бассейна и адаптивные мелиорации в вододефицитных районах. «Гидрометеорология и экология» Алматы, 2002, №4, с.102-110.
Авакян. А.Б., Яковлева В.Б. Водные ресурсы, Л.: Гидрометеоиздат, 1973-вып.5.

Тюркские страны приступили к созданию общего гимна

Кремль сообщил о готовности к диалогу в…

Зеленский: Если штаты сократят помощь, то мы…

Президент Абхазии подал в отставку

В Иране будут перевоспитывать женщин, снимающих хиджабы

Мировые цены на нефть продолжают падать

Нурила Асанкызы стала первой в истории казахстанской…

Казахстанские спортсмены продолжают радовать победами на международной…

Москву массово атаковали беспилотники

Число беженцев в мире перевалило за 123…

Реферат: Гидрологическое обоснование регулирования стока рек хребта Каратау

В Караганде появится стадион и спортивный комплекс на 10 тысяч мест

В Нацбанке ответили на вопрос, дорастет ли доллар до 600 тенге

Даниала Ахметова обвиняют в получении взятки в виде чемодана долларов от израильтян

«Я тоже хочу размножаться» — депутат о стерилизации животных в Казахстане

Димаш Кудайберген спел казахскую песню для премьер-министра Венгрии (ВИДЕО)

О НАС

Мобильное приложение

Наши контакты