УДК: 556.18:626/627
Источники и объемы воды для подачи в зону «Зеленого пояса» вдоль восточного побережья Арала
Бекнияз Б., Нарбаев М., Нурмаганбетов Д., Аманбаев А.
Исполнительная Дирекция МФСА в РК
Введение
Казахстанская часть Приаралья — Восточное Приаралье — представляет собой глинистую равнину, примыкающую к Аральскому морю с востока. Она прорезана рекой Сырдария и системой древних Сырдарьинских русел: Жанадария, Инкардария, Куандарья и Ескидариялык. В местном диалекте приставки к названию Дарии (Дария — большая река) означали соответственно «новая», «долгожданная», «радость» и «старое русло большой реки». Во всех названиях Дарии озвучивается радость большой воде, огромное значение реки для народа была всегда. В настоящее время река Сырдария остается своеобразным гарантом продолжения сохранения Северной части Аральского моря и источником подпитки западной и восточной частей бывшего моря.
Последствием усыхания Аральского моря стало образование на месте осушенного дна огромной солевой пустыни с названием Аралкум. Высохшая часть дна моря, особенно Восточная, стала основным источником зарождения крупных пыльных бурь и очагом ветрового выноса пыли и соли на окружающую территорию. Осаждение начинается с близлежащей территории Казалинского района, распространяясь вверх через Кызылординскую область. При этом «…не следует думать, что соли и пыль Арала, а также других внутриконтинентальных обсыхающих водоемов с «западным переносом» уходят только на восток, в сторону Центрального Казахстана и Алтая. В циркуляционных процессах атмосферы Северного полушария бывают и такие случаи, когда происходит меридиональный прорыв холодных воздушных масс прямо на Казахстан и бассейн Аральского моря, «западный перенос блокируется» и пыльный воздух отсюда вытесняется на Европу, обуславливая здесь небывалые пыльные (черные) бури» [1]. Близкое расположение оси Войекова способствует переносу мелкодисперсных частиц пыле солевой смеси на большие расстояния. Общеизвестны факты обнаружения пыли и соли на разных широтах и высокогорьях.
Сложившаяся экологическая ситуация в Приаралье усугубляется рядом иных проблем, связанных нерациональным использованием стока реки, с издержками в сельскохозяйственном секторе, загрязнением сбросами хозяйственно-бытовых стоков, несанкционированными водозаборами и необоснованными изменениями графика попусков воды. Аральское море высыхает, остается исправлять последствия.
Воссоздание естественных границ водоема в ближайшей перспективе маловероятная задача.Необходимо способствовать стабилизации экологической системы и снижению последствии происходящей деградации. Продолжение целенаправленных научно-обоснованных мероприятий, направленных на снижение воздействия соле-пылевых выносов со дна высохшего моря на людей, населенные пункты, территорий сельскохозяйственного использования, животный и растительный мир Приаралья позволит восстановить способность к саморегуляции экосистемы Восточного Приаралья. Об одном из таких мер пойдет речь в данной публикации.
Обоснование задачи исследования
Снижение уровня Аральского моря побудило активные исследования вопросов гидрологии и гидроэкологии бессточных бассейнов Центральной Азии, включая Арал, состояния мелиорации, сельского хозяйства в нижнем течении Сырдарьи, экологических условий, естественных и антропогенно-изменённых ландшафтов Казахстанской части Приаралья. Различные вопросы проблем Аральского моря, возможные пути реабилитации водоема, экологического оздоровления Приаралья рассматривали множество ученых [2,3].
Свою оценку экологической ситуации в регионе излагал А.А.Турсунов, который обосновывал пути вывода ее из кризисного состояния и предлагал методы оздоровления экологически деградированных земель Приаралья [1].
Влияние усыхания Аральского моря на ландшафты прилегающих территорий, тенденций развития природно-хозяйственных систем в условиях опустынивания рассматривали ученые Г.В.Гельдыева, Т.И.Будникова, О.Е.Семенов, А. П.Шапов, И.Б.Скоринцева и др. [4].
Характеристики деградации природного комплекса Арала и Приаралья под влиянием усыхания Аральского моря и формирование новых ландшафтов в зоне бедствия описаны Е.М. Рощенко в работе [5].
По результатам научных исследований в рамках международного проекта за период с 2004 по 2008 гг. в низовьях реки Сырдарии и Северной части Аральского моря в 2010 году была издана монография, в которой комплексно рассматриваются проблемы восстановления экологической системы в дельте Сырдарии и северной части Аральского моря [6].
В национальном масштабе проблемами Арала занимались ученые ряда НИИ и университетов Казахстана. При этом основная масса исследований инициативного плана и разрознены из-за отсутствия долгосрочной координации со стороны государственных органов, национальных или региональных институтов. Исключение составляют — регулярные наблюдения в Приаралье проводимые Приаральским экологическим центром Института географии и водной безопасности МОН РК, созданным в 1993 году для проведения экспериментальных исследований в районах экологического бедствия бассейна Аральского моря. Центр имеет локальную систему гидроэкологического мониторинга, включающая сеть инструментальных наблюдений на водных объектах дельты Сырдарьи и лабораторию обработки информации [7].
Особенности ландшафтного устройства уже осушенного дна Аральского моря в свете последних достижений науки описывались в 2017 году [8]. Авторы рассматривали пространственно-временные закономерности становления и развития природных комплексов осушенного дна Аральского моря и в качестве мер по предотвращению выноса соле-пылевых аэрозолей на прилегающие территории предложили создать зеленый пояс вдоль восточного побережья. Это предложение вошло в качестве одного из приоритетных тем в перечень (портфель) проектов ИД МФСА в РК, разработанный для реализации в ближней перспективе. Учитывая актуальность и неотложность темы, уже весной 2017 года были начаты предварительные изыскательские работы по созданию многоярусного «Зеленого пояса» вдоль восточного побережья бывшего моря. Была организована экспедиция, натурные обследования местности и лабораторный анализ воды.
Основная цель создания зеленого пояса — снижение прямого воздействия соле-пылевых выносов со дна высохшего моря, защита людей, населенных пунктов, территорий сельскохозяйственного использования, животного и растительного мира Приаралья. Проектная протяженность пояса около 70 км, ширина 200-1000 метров. Пояс послужит своеобразным «экологическим экраном» местности, и вполне возможно средой обитания диких животных.
Полив насаждений «Зеленого пояса» и водопой диких животных планируется осуществлять за счет коллекторно-дренажных вод Казалинского левобережного массива орошения, излишков воды Аксайской и Куандарьинской систем озер, а также возможных попусков из реки Сырдария. Ниже приводится оценка источников и объемов воды для подачи в зону «Зеленного пояса» вдоль восточного побережья Арала и населенных пунктов.
Осуществление такого крупного проекта сопряжена с необходимостью решения существующих хозяйственных (социальных) вопросов с учетом поддержания требуемых экологических условий (уровней) озерных систем.
Дальнейшая детализация результатов и приведенных рекомендаций требуют крупномасштабных инженерно-геодезических и геологических изысканий, уточненных гидрометрических и гидрологических данных по:
рекам Сырдария, Куандария, Жанадария;
Аксайской и Куандаринской озерной системам;
водоподаче в Казалинский левобережный массив орошения (КЛМ);
коллекторно-дренажной сети КЛМ;
Кроем того необходимо проведение почвенно-мелиоративных и лесотехнических обследований территорий, актуализацию метеорологических данных, и наконец, уточненный прогноз масштабов соле-пылевого переноса, возможных территорий загрязнения солями и границы деградации во временном интервале. При этом кроме научно-обоснованных методик должны быть использованы алгоритмы ГИС технологий, инструментальное и космическое зондирование, методы математического моделирования, цифровые технологии.
Таким образом, осуществление полноценного проекта «Зеленого пояса» вдоль восточного побережья Арала позволит решить целый ряд взаимосвязанных задач и в итоге приведет к созданию ИУВР, дистанционного мониторинга цифровизации процесса принятия решений в казахстанской части бассейна реки Сырдария и Приаралья, Северном Аральском море.
Источники и объемы для создания «Зеленного пояса» вдоль восточного побережья Арала и населенных пунктов
Основными источниками воды для создания «Зеленного пояса» являются:
- дренажно-сбросные воды с рисовых полей Левобережного Казалинского массива орошения;
- часть стока р.Куандария, поступающий Аксай — Куандаринскую систему озер (в 2016 году прошел сток воды через сооружение на ПК3800 равный -189629 тыс.м3);
- попуски из реки Сырдария по существующим каналам.
Общая протяженность Казалинского левобережного магистрального канала, построенного 1958 г., составляет 88,7 км. На канале построено 52 гидротехнических сооружений. Проектная площадь орошаемых земель, подвешенная к каналу, составлял 19372 га. Максимальная пропускная способность канала составляла 100,0 м3/с. Из-за заиления и неисправности щитовых отверстий линейных гидротехнических сооружении канал может не обеспечивать пропуск максимальных расходов. По данным последних 10 лет максимальный расход в голове ЛМК составляет всего — 41,6 м3/с.
Анализ внутригодового распределения стока реки Сырдария по данным водохозяйственных организаций [9] показывает, что максимальные расходы по реке в створе Казалинского гидроузла наблюдаются после вегетационного периода в зимне-весенний (декабрь-апрель месяцы) период (см. рис.1).
При форсированных расходах по р.Сырдарии прибрежные заливные луга покрываются водой и фильтрационные потоки через дамбу под напором устремляются в русло канала (ЛМК), тем самым вызывая угрозу разрушения. Во избежание негативных последствий такого режима, канал приходится наполнять водой, то есть поддерживать в нем расход около 6 м3/с в подпорном режиме, что подтверждается данными производственного участка «Қазалысушаруашылығы» Кызылординского филиала РГП «Казводхоз». С другой стороны, такой режим показывает работу канала в зимнем режиме и не исключает возможность подачи воды в систему озер и в зону «Зеленого пояса» через каналы Казалинского ЛМК круглый год.
Казалинский гидроузел имени А.А. Тыныбаева расположен в нижнем течении Сырдарии в 32 км выше города Казалинск и состоит из щитовой водоподъемной плотины пропускной способностью 1000 м3/с, левобережного (100 м3/с) и правобережного (85 м3/с) водоприемников с промывными галереями и однопролетного шлюза-рыбохода, левобережного и правобережного головных регуляторов. Данные подачи воды с Казалинского гидроузла за последние 10 лет приведены в таблицах 1-3.
Таблица 1 — Левобережный магистральный канал с учетом санитарных нужд (млн.м³)
Таблица 2 — Забор с левобережного магистрального канала для орошения (млн.м³)
Таблица 3 — Подача воды с Казалинского гидроузла в озерную систему Аксай (млн.м³)
Таблица 4 — Поступление воды по руслу реки Куандария, ПК 3800
(по журналам наблюдений участкового гидротехника)
В Казалинском районе, до 1992 г. сданы в эксплуатацию более 25 тыс.га орошаемых полей, в том числе севооборотные поля Казалинского левобережнего массива 15,227 тыс.га. Поступление дренажно-сбросных вод с рисовых полей взаимосвязан с тем, что за период освоения идет износ ГТС, засоление почвы, зарастание и заиление сети оросительных каналов, выход из строя коллекторно-дренажной сети.
Современное состояние дренажно-сбросной (коллекторной) системы Казалинского левобережного массива орошения находится в бедственном положении. Все существовавшие насосные станции для откачки дренажно-сбросных вод разрушены, и разобраны включая линий электропередач.
Вследствие чего заилены и занесены большая часть подводящих и отводящих коллекторов существовавших насосных станции. На пониженных местностях стихийно образовываются болота, а затем испаряются, оставляя соли. В этих условиях учет воды затруднен, и оценку объемов дренажно-сбросных вод производились на основании существующих рекомендаций [10,11].
Анализ результатов ранее проведенных исследований и данных эксплуатационных служб водохозяйственных организаций показывают, что объемы и коэффициенты водоотведения с рисовых систем Приаралья зависит от периода освоения массива и колеблются в широких пределах – соответственно от 6,2 до 25,5 тыс.м3/га и от 0,30 до 0,62.
Таблица 5 — Водоотведение с рисовых оросительных систем Приаралья
(среднее за 1966-1990гг)
Примечание: в числителе – среднее за период освоения рисовых систем (1966-1975гг.), в знаменателе – за 1980-1990гг.
Как видим, на основании данных о составляющих элементах водного баланса установлены полезные расходы воды, необходимые для формирования высокого урожая, и определены непроизводительные потери, ведущие к перерасходу проливной воды и подъему уровня грунтовых вод.
Согласно рекомендациям, для сильно и очень сильно засоленных почв нормы водоотведения составляют 8-12 тыс.м3/га, что равнозначно 30-45% от водозабора.
Возможный объем отводимых вод с рисовых полей устанавливаем исходя из режима орошения риса. Расчетные расходы воды в соответствии с режимами орошения риса, сведены в таблицу 6.
Таблица 6 — Расчет объема отводимой воды по насосным станциям на основании режима орошения риса
На сегодняшний день наиболее приемлемым и актуальным является очистка дренажно-сбросных каналов и реконструкция (восстановления насосных станций или строительство новых обводящих углубленных каналов взамен насосных станций), одновременно со строительством канала-коллектора, который способствует для дальнейшего отвода дренажно-сбросных вод в зону проектируемого «Зеленого пояса».
Как следует с таблиц 5 и 6 годовой сток новых обводящих коллекторов можно устанавливать исходя из подвешенной площади, принимая норму водоотведения равным 10000 м3/га за вегетационный период.
Расходы новых углубленных обводящих коллекторов взамен существовавших насосной станции установлены на основании режима орошения риса и представлены в таблице 7.
Таблица 7 — Определение расходов новых обводящих коллекторов взамен существовавших насосной станции
Оптимизация подачи воды из реки Куандария в Аксайскую систему озер
Куандариинская и Аксайская озерные системы расположены ниже Левобережной Кызылординской ирригационной системы относящихся по характеру питания к обводняемым речными водами и коллекторно-дренажным стоком с водоотведением в речное русло Куандария.
Описание Аксай–Куандаринской системы озер изложены в монографии [6]. Аксайская озерная система включает озера Утебас, Томайколь, Жубан, Садырбай, Лахалы, Большой Жанай, Малый Жанай, Караколь, болота Кожамберды, Ишанколь, Сарыколь (рисунок 2). На рисунке также указаны участки водозабора с Аксай-Куандаринской озерной системы подпитываемого из Аксайского канала и сбросными водами р.Куандария.
Количественную оценку различных показателей озер обычно принято изучать путем их привязки к его объему и площади зеркала воды водоемов при заданном уровне воды, которые обозначают через Wj, Ωj и Hj, соответственно. Кривые связи между ними называется батиметрическими кривыми, которые зависят от рельефа местности и от наличия ограничивающих гидротехнических сооружений.
Методика расчета, уточнение гидрографизации и составление расчетных схем с учетом переброски части стока реки Куандарии. Результаты гидравлического расчета режимов работы озер
Имитационные расчеты по каждому озеру проводились по следующей схеме:
- расчет поступления воды из реки в отводящий канал (начало расчета);
- расчет подачи воды по каналу в озера и болот и одновременно расчет участков канала за водовыпуском;
- расчет отвода воды по каналу (протоку) из озера и болот с одновременным расчетом участков канала за водовыпуском;
- изменение водного баланса озер и сенокосов, с учетом испарения и эвапотранспирации;
- увязка уровней поступления воды из канала с приходом в озеро и оттока воды с озера, на основании батиграфической кривой.
Линейная схема структуры Аксай-Куандаринской озерной системы где отображены все гидравлические связи представлен на рисунке 3.
Результаты имитационных расчетов озерной системы приведены ниже, в таблице 8 приведен пример расчета.
Таблица 8 — Пример результатов расчета параметров озера Мариамкол
Разработанная имитационная модель расчета позволяет определить объемы забора воды для обводнения «Зеленого пояса» по вариантам и оценить объемы сброса в болото Шубар (далее БАМ):
- Объем забора в зону ЗП1 (1 вар) = 163,3 млн.м3
- Объем сброса в зону ЗП2 (2 вар)= 20,93 млн.м3
- Объем суммарного сброса в болото Шубар (БАМ) = 13,72 млн.м3
- Объем сброса через Жуанбалык, в болото (БАМ) = 0,0000019 млн.м3
- Объем сброса через Сарыкол, в болото (БАМ) = 13,729833 млн.м3
В период экспедиционных выездов в район состоялись обмен мнениями и консультации по поводу проходимости по предполагаемой трассе с работниками водных и лесных-охотничьих хозяйственных организации, совместно с представителями местных органов и крестьянских хозяйств. В результате обсуждений были скорректированы возможные маршруты и далее с учетом произведенных расчетов для дальнейшего рассмотрения выбраны три варианта схемы сбора дренажно-сбросных вод левобережного Казалинского массива орошения и регулирование режима работ Аксайской озерной системы с учетом подачи стока Куандарии для создания «Зеленого пояса». Схемы вариантов трасс представлены на рисунке 4.
По указанным трассам построены продольные и поперечные профили коллектора русла, производились расчеты пропускной способности, составлены локальные и сводные сметы. В результате по пропускной способности Q=f(h), по технической осуществимости, целесообразности по экономическим и другим специфическим показателям выбран вариант главного коллекторного канала (ГКК на рисунке 4 обозначен красной линией).
Выбранный основной вариант трассы ГКК согласован с заинтересованными государственными органами и проходит этап разработки технических задании на проведение инженерно-изыскательских работ и на проектирование.
Выводы
Реализация проекта «Зеленного пояса» вдоль восточного побережья Арала в комплексе решает ряд задач:
- Восстанавливается отвод сбросных вод с орошаемых массивов, что приведет к улучшению управления водными ресурсами. Восстанавливается водно-солевой режим полей орошения.
- Вместо восстановления ресурсоемких насосных станции предлагается создание углубленных концевых сбросных каналов и очистка сборных коллекторов, способствующих созданию зоны озеленения, то есть обводнению «Зеленого пояса».
- Улучшаются социальные условия проживания, обеспечивается безопасность населения. Улучшается экологического состояния, сохранение биоразнообразия водно-болотных угодий Приаралья и дельты реки Сырдарья, снижаются темпы опустынивания Приаралья.
- Объем отводимой воды на концах КДС полей орошения риса после восстановления всех (6-й) НС могут составить — 131,01 млн.м³.
- Возможная дополнительная подача воды по существующим каналам Казалинской левобережной оросительной системы — 50,0 млн.м³.
- Таблица 3 показывает нерегулярность подачи воды, что поясняет стихийную подпитку Аксайской системы озер в зависимости от наполненяемости реки Сырдария. В случае регулярной подачи в Аксайскую систему озер воды через Казалинский гидроузел в объеме 250,0 млн.м³ с учетом поступлении воды по руслу реки Куандария ниже ПК 3800 порядка до 220,0 млн.м³, объем отводимой воды в зону зеленного пояса могут составить — 160 млн.м³.
Литература
- Турсунов А.А. От Арала до Лобнора (гидроэкология бессточных бассейнов Центральной Азии). Алматы: ТОО “Верена”, 2002г.-384 с.
- Водные ресурсы Казахстана и их использование. 1998-2003: Библиографический указатель / Сост.: О.П.Бравач. — Алматы, 2005 – 77 с.
- Результаты географических исследований в странах СНГ. 2014. – М.: Медиа-Пресс, 2015. 168 с.
- Гельдыева Г.В., Будникова Т.И., Скоринцева И.Б. и др. Ландшафтное обеспечение схемы борьбы с опустыниванием долины реки Сырдарья. –Алматы: Аркас, 2004 с.235.
- Е.М. Рощенко. О формировании новых ландшафтов в зоне Аральского моря и Приаралья. В кн. Проблемы экологии и использования водно-земельных ресурсов в регионе ВЕКЦА. Сб. научн. трудов / Под ред. В.А. Духовного. – Ташкент: НИЦ МКВК, 2010. С. 101-114.
- Восстановление экологической системы в дельте Сырдарии и северной части Аральского моря. Алматы: «ЭВЕРО» 2010. – 220 с.
- Приаральский экологический центр. https://ingeo.kz/?page_id=4261
- Бекнияз Б., Будникова Т. Особенности ландшафтного устройства осушенного дна Аральского моря // EuropeanJournalofTechnicalandNaturalSciences. №1, 2017. Р. 11-15
- Отчеты водохозяйственных организаций: Кызылординский филиал РГП на ПХВ «Казводхоз» КВР МСХ РК, РГУ«Арало-Сырдарьинская бассейновая инспекция по регулированию использования и охране водных ресурсов КВР МСХ РК».
- Рау А.Г. Водораспределение на рисовых системах. – М.: Агропромиздат, 1988. – 86 с.
- Джумабеков А.А. Использование дренажно-сбросных вод для полива риса в условиях Кзылкумского массива Юга Казахстана: дисс. … канд. сельскохозяйственных наук: 06.01.02. — Джамбул, 1980. — 222 с.
Резюме
Приводятся результаты полевых исследований по созданию «Зеленого пояса» вдоль восточного побережья осушенного дна Аральского моря на основе использования коллекторно-дренажных вод.
Тұжырым
Арал теңізінің табанындағы шығыс жағалауында коллектор-кәріздік суларын қолданып «Жасыл белбеуді» ұйымдастыру үшін далалық зерттеу нәтижелері ұсынылып отыр.
Resume
The results of field research on the creation of a «Green Belt» along the eastern coast of the drained bottom of the Aral Sea based on the use of collector-drainage waters are presented.
Мақаланың аты: Арал теңізінің табанындағы шығыс жағалауында «Жасыл белбеуді» суғару үшін альтернативті су көздері мен су көлемдері
Title of the article: Sources and volumes of water to be supplied to the «Green Belt» zone along the eastern coast of the Aral Sea