Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Система обеспечения водными ресурсами орошаемых земель верхнего течения реки Сырдарьяв пределах Ферганской долины 11
1.1. Развитие системы водопользования в Ферганской долине 12
1.2. Принципы управления водными ресурсами в советский период 15
1.3. Принципы управления водными ресурсами в постсоветское время 19
1.4. Развитие принципов интегрированного управления водными ресурсами в Ферганской долине 25
Глава 2 Ландшафтообразующие факторы и современные ландшафты Ферганской долины 30
2.1. Особенности морфологического строения 30
2.2. Климатические условия 33
2.3. Особенности речной сети и стока 37
2.4. Современные ландшафты 49
2.5. Геоэкологические проблемы землепользования в Ферганской долине в связи с ее нестабильным водообеспечением 63
Вторичное засоление почв 63
Подтопление 69
Эрозия и дефляция почв 71
Глава 3 Методика построения ГИС «Распределение водных ресурсов при орошении сельскохозяйственных угодий Ферганской долины» и анализ полученных результатов 72
3.1. Выявление факторов и условий возникновения дефицита воды на орошаемых землях в Ферганской долине 72
Уровень трансграничной обеспеченности 73
Последовательность поступления воды на орошаемые поля и оросительные нормы 77
КПД техники полива 81
Структура посевов 83
3.2. Формирование ГИС «Распределение водных ресурсов при орошении сельскохозяйственных угодий Ферганской долины»
Построение ГИС ирригационного комплекса 90
Визуализация распределения водных ресурсов по орошаемым полям 91
Расчет водопотребления 95
Глава 4 Оценка перспектив повышения эффективности системы распределения и использования водных ресурсов Ферганской долины 101
4.1. Влияние трансграничной водообеспеченности на дефицит воды на орошаемых землях Ферганской долины 106
4.2. Оптимизация последовательности распределения водных ресурсов, дифференциация оросительных норм и повышение КПД техники орошения 109
4.3. Значение диверсификация посевов на орошаемых землях Ферганской долины ПО
4.4. Оценка риска возникновения дефицита воды для орошения в ландшафтах Ферганской долины 113
Ландшафты с невысоким дефицитом водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных угодий 119
Ландшафты с умеренным дефицитом водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных угодий 119
Ландшафты с повышенным дефицитом водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных угодий 121
Ландшафты с высоким дефицитом водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных угодий 122
Ландшафты с очень высоким дефицитом водных ресурсов для орошения
сельскохозяйственных угодий 123
4.5. Исследование пространственной связи дефицита воды с засолением и подтоплением в Ферганской долине 124
Результаты и выводы 131
Использованная литература
- Принципы управления водными ресурсами в советский период
- Современные ландшафты
- Последовательность поступления воды на орошаемые поля и оросительные нормы
- Оптимизация последовательности распределения водных ресурсов, дифференциация оросительных норм и повышение КПД техники орошения
Введение к работе
Актуальность темы. Объект исследования Ферганская долина - межгорная депрессия между хребтами Центрального и Южного Тянь-Шаня -характеризуется существенной ограниченностью воды для орошения и перебоями ее поступления в ирригационную систему.
Распад Советского союза привел к разрушению централизованной системы управления водными ресурсами в бассейне основной водной артерии Ферганской долины - реки Сырдарья, а также к переходу работы Токтогульского водохранилища (в Кыргызстане) с ирригационного на энергетический режим, при котором график попусков воды часто не соответствует времени полива культур. Поэтому повышение эффективности ирригационной системы и уровня водообеспеченности сельскохозяйственных полей рассматриваются как важные факторы устойчивого развития региона, в котором орошаемое земледелие является одним из основных видов хозяйственной деятельности, обеспечивающим доходы и занятость большей части населения.
Целью исследования является разработка ландшафтно-геоэкологического обоснования и механизмов оптимизации водопользования для орошения сельскохозяйственных земель Ферганской долины при нестабильных условиях подачи воды в ирригационную систему.
Основные задачи:
1. Анализ особенностей функционирования системы орошения Ферганской
долины и определение ее основных пространственных, технических и
гидрологических параметров для формирования базы данных и составления
графической модели ирригационной системы.
2. Анализ ландшафтной структуры территории Ферганской долины,
составление карты современных сельскохозяйственных модификаций
ландшафтов и их оценка по условиям оптимизации развития орошаемого
земледелия, а также по особенностям и интенсивности проявления
геоэкологических проблем (засоление, подтопление и дефляция почв).
-
Разработка методики расчетов и визуализация распределения водных ресурсов по сельскохозяйственным модификациям ландшафтов Ферганской долины с целью выявления ландшафтов, недополучающих воду при заданных условиях орошения и подверженных риску проявления геоэкологических проблем.
-
Анализ исторической и современной системы землепользования и потребностей в водных ресурсах на орошение при разных типах структуры посевов.
-
Обоснование и выбор механизмов оптимизации существующей системы водопользования в орошаемом земледелии Ферганской долины на основе сценарного подхода.
Исходные материалы. Основой работы послужили материалы, собранные во время полевых работ в Ферганской долине в 2013 г. для верификации данных по особенностям современных ландшафтов, а также для анализа базы данных Научно-информационного центра Межгосударственной Координационной Водохозяйственной Комиссии Центральной Азии (НИЦ МКВК) по состоянию водных и земельных ресурсов исследуемой территории. Также были изучены многочисленные литературные и картографические источники по изучаемому региону, включающие теоретические и прикладные работы по теме исследования. Для создания геоинформационной системы использованы мультиспектральные космические снимки Landsat7, цифровая модель рельефа земли SRTM90, геоинформационные данные по водным объектам Центральной Азии.
Методология и методы исследования. Предложена методика оценки распределения водных ресурсов при различных условиях водообеспеченности с выявлением районов с разной степенью дефицита воды. Основным оцениваемым параметром служит показатель доли земель, недополучающих воду на орошение при 18 рассматриваемых сценариях использования водных ресурсов. В сценариях учитывается различная степень внедрения механизмов оптимизации водопользования, основанных на «адресности» и очередности поливов, а также
их дифференциации в зависимости от ландшафтных условий и использования «внутренних» резервов в виде регулирования спроса на воду путем изменения структуры посевов и повышения эффективности техники поливов.
Личный вклад. Проведена оценка условий и ограничений развития орошения в пределах выделенных сельскохозяйственных модификаций ландшафтных комплексов Ферганской долины. Визуализированы механизмы распределения водных ресурсов при реализации различных сценариев использования водных ресурсов. Составлено 18 прогнозных карт, соответствующих этим сценариям и показывающих распределение воды в пределах сельскохозяйственных модификаций ландшафтных комплексов Ферганской долины. Разработана классификация сельскохозяйственных модификаций ландшафтных комплексов по уровню их водообеспеченности и даны рекомендации по оптимизации водопользования и снижению геоэкологических рисков при орошении на основе сравнительного анализа расчетных прогнозных данных распределения водных ресурсов.
Научная новизна. На основе комплексного подхода, учитывающего ландшафтные особенности территории и интенсивность проявления геоэкологических проблем (засоления, подтопления) решена одна из важных проблем геоэкологии - проблема оптимизации использования водных ресурсов в орошаемом земледелии. Получены данные по потребностям в обводнении выделенных сельскохозяйственных модификаций современных ландшафтных комплексов Ферганской долины. На основе составленных прогнозных карт оценена эффективность внедрения различных механизмов оптимизации водопользования в зависимости от свойств сельскохозяйственных модификаций ландшафтов территории, водообеспеченности, водораспределения.
Положения, выносимые на защиту:
1. Наиболее реалистичной стратегией оптимизации системы орошения Ферганской долины при неустойчивой трансграничной водоподаче является использование потенциала самой ирригационной инфраструктуры по
максимально дифференцированному регулированию и распределению воды на орошаемых землях для снижения ее непродуктивных потерь.
2. Для 11 видов природных ландшафтов и 16 антропогенных
сельскохозяйственных модификаций изучаемой территории выявлены
значительные различия в нормах орошения (до 40%) и возможностях развития
дренажных систем в зависимости от глубины грунтовых вод,
гранулометрического состава почв и положения в рельефе. Ландшафтная
дифференциация определяет интенсивность проявления геоэкологических
проблем, связанных с орошением - дефицита воды, засоления и подтопления.
-
Визуализация механизмов распределения водных ресурсов в Ферганской долине позволила показать пространственную дифференциацию дефицита воды и ее связь с геоэкологическими проблемами засоления и подтопления. На основе статистических данных по объему подаваемой в каналы воды проведена реконструкция ее распределения по 560 полигонам по всей ирригационной системе Ферганской долины до конечного потребителя.
-
Выявлено три основных типа землепользования, значительно различающихся по потребностям в воде на орошение: (1) традиционное хлопководство, (2) диверсификация землепользования в пользу зерновых и (3) садово-плантационный тип землепользования с расширением посевов озимых зерновых и овощных культур в межвегетационный период. Они отражают приоритеты развития хозяйства долины в разные исторические периоды и позволяют определить пути оптимизации структуры землепользования в целях продовольственной и водной безопасности.
-
На основе сценарного подхода и составления 18 прогнозных карт
обоснованы механизмы оптимизации существующей системы водопользования:
дифференциация оросительных норм по ландшафтам с обновлением системы
гидромодульного районирования, увеличение КПД техники полива и изменение
структуры посевов с переходом на выращивание озимых культур. Это позволит
снизить потребности в водных ресурсах в 1,9 раз, а долю земель с дефицитом
воды - в 2, 6 раз.
Практическая значимость и реализация результатов работ. Результаты исследования направлены на практическое решение актуальных геоэкологических проблем, возникающих под влиянием орошаемого земледелия в ландшафтах Центральной Азии и способствуют внедрению в современное комплексное изучение последствий орошения методик для оценки альтернативных сценариев использования водных ресурсов для орошения, учитывающих геоэкологические и социально-экономические факторы.
Работа выполнена в рамках госбюджетной НИР «Геоэкологический анализ ландшафтов мира в условиях глобальных изменений». Материалы исследования могут быть использованы в рамках семинарских и лекционных занятий Географического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова по особенностям современных ландшафтов и рациональному использованию земельных и водных ресурсов. Созданная ГИС Ферганской долины передана в Научно-информационный центр Межгосударственной Координационной Водохозяйственной Комиссии Центральной Азии (НИЦ МКВК) (г. Ташкент) по их запросу. Результаты работ использованы для повышения точности алгоритмов прогнозной модели ASBmm («Интегрированная модель оценки влияния альтернативных сценариев развития бассейна Аральского моря»).
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы были доложены автором на XVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2011); XVI Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2011); XIX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2012); Всероссийской молодежной научной школе «Перспективы геоэкологии после Рио+20» (г. Москва, 2012); VI Всероссийской научно-практической конференции «Научные проблемы использования и охраны природных ресурсов России» (г. Самара, 2014). Материалы исследования изложены в 6 печатных работах, в том числе в 3 статьях в журналах из списка ВАК.
Структура и объемы работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 169 листах печатного текста, содержит 23 рисунка, 17 таблиц и 4 приложения на 20 страницах. Список цитируемой литературы насчитывает 141 наименование.
Благодарности. Автор выражает признательность научному руководителю к.г.н., доценту Милановой Е.В., к.г.н. Дронину Н.М., проф., д.г.н. Колбовскому Е.Ю., к.г.н., доценту Алексеевой Н.Н., сотрудникам кафедры физической географии мира и геоэкологии за помощь и поддержку при выполнении работы. Особую благодарность автор выражает проф. Духовному В.А., д.б.н. Стулиной Г.В. и всем сотрудникам НИЦ МКВК за сотрудничество в организации полевых исследований и осуществлении информационной поддержки работы.
Принципы управления водными ресурсами в советский период
Первые очаги орошаемого земледелия в Ферганской долине датируется периодами бронзового и железного веков. Расселение первобытных общинных племен происходило вдоль Карадарьи, Нарына и их крупных притоков, где были сооружены первые каналы, отводящие воду из основного русла на низменные территории. На речных террасах рек Карадарьи, Куршаба, Талдыка, Акбуры, Кугарта для орошения полей использовались подземные источники и ключи, не имеющие сезонности в расходах воды [Starr, 2011].
В книгах китайских путешественников II в. до н.э. отмечалась масштабность ферганских каналов, а позже арабские географы рассказывали о Ферганской долине как о регионе с невероятно развитой для тех времен ирригационной системой. В XVIII-XIX вв. во время расцвета Кокандского ханства произошло значительное расширение орошаемых земель. Строительство каналов осуществлялось вблизи крупных городов - главных центров Кокандского ханства. На юго-востоке Ферганской долины был сооружен грандиозный для тех времен Шахрихансайский канал, отводящий воду из реки Карадарья. Этот канал оставался самым большим в долине вплоть до 1940-х гг. [Starr, 2011].
В XX в. с целью развития сельскохозяйственного комплекса Ферганской долины, исторического центра земледелия в Средней Азии, советским правительством были разработаны крупномасштабные проекты по обводнению территорий путем сооружения ирригационных каналов, а также водохранилищ многолетнего режима регулирования для ирригационных целей.
В 1930-1940-х гг. во всех республиках Средней Азии были выполнены комплексные исследования водно-энергетического потенциала и начата крупномасштабная кампания по освоению водных ресурсов. Был введен в эксплуатацию Большой Ферганский канал, перенаправлявший водные потоки из р. Нарын в южную часть долины. Позже были построены Южный Ферганский канал, ставший продолжением Шахрихансайского канала, и Северный Ферганский канал, орошающий поля высоких правых берегов рек Нарын и Сырдарья [Bichsel, 2008].
В тот же период в верхнем течении реки Карадарья была построена Кампырраватская плотина, предназначенная для распределения стока реки Карадарья между магистральными каналами Шахрихансай, Андижане ай и Савай [Bichsel, 2008]. Позже, в 1970-х гг., на ее месте была возведена Андижанская ГЭС мощностью 140 МВт, которая после распада СССР оказалась в Узбекистане, а ее водохранилище полностью расположено на территории Кыргызстана [Петров, 2011].
В послевоенные годы стратегия Советского Союза по водопользованию была направлена на расширение орошаемых земель в бассейне Аральского моря. В среднеазиатских советских республиках были развернуты крупномасштабные работы по освоению целинных земель (Каракум, Чуйская долина, дельтовые зоны Сырдарьи и Амурдарьи, Голодная степь и т.д.). Непосредственно в Ферганской долине были проведены работы по расширению Большого Ферганского канала, построена система Большого Андижанского и Большого Наманганского каналов.
Быстрое развитие сельского хозяйства привело к тому, что уже в 1960-х гг. отвод воды на ирригацию из реки Сырдарья был настолько интенсивным (около 30 млрд куб. м), что в засушливые годы ирригационные потребности превышали общий сток. Появившийся дисбаланс водопотребления и доступных водных ресурсов являлся сдерживающим фактором экономического развития региона, что обусловило необходимость сооружения водохранилищ, которые позволили бы регулировать многолетний сток в верхней части бассейна реки Сырдарья.
В 1975 г. в нижнем течении реки Нарын было завершено строительство Токтогульского водохранилища многолетнего режима регулирования с комплексом нижерасположенных каскадных водохранилищ суточного регулирования. В этом амбициозном проекте предполагалось введение в эксплуатацию ГЭС на каскаде водохранилищ общей установленной мощностью 2870 МВт: Токтогульская ГЭС - 1200 МВт, Курпсайская ГЭС -800 МВт, Ташкумырская - 450 МВт, Шамалдысайская - 240 МВт, Ускурганская -180 МВт [Касымова, 2010; Петров, 2011].
В предгорной зоне на реке Карадарья в 1980 г. было сооружено Андижанское водохранилище, воды которого использовались для регулирования расходов по ирригационным системам центральной и южной территории Ферганской долины (Южный Ферганский и Большой Ферганский каналы).
Строительство гидротехнических сооружений в верхней части бассейна реки Сырдарья в 1970-1980 гг. позволило, в первую очередь, снизить риски нехватки воды для ирригации путем накопления воды во влажные годы и попуска накопленной воды в засушливые годы, а также обеспечило регион дополнительной дешевой гидроэнергией. Расширение ирригационной сети, строительство насосных станций для поднятия воды в предгорья долины и строительство малых водохранилищ сезонного регулирования способствовало освоению целинных земель и расширению орошаемой площади сельскохозяйственных угодий.
К концу 1980-х гг. зарегулированность стока реки Сырдарья превысила 90%. Равномерность стока в бассейне обеспечивалась за счет комплексного и согласованного использования всех водохранилищ путем внутрисистемной переброски стока от «верхних» водохранилищ к «нижним». Так, Токтогульское водохранилище использовалось для обеспечения ирригационных потребностей на участке между Токтогульским и Кайраккумским водохранилищами, а Кайраккумское обеспечивало водой среднее течение реки Сырдарья. Дополнительные попуски Токтогульского водохранилища использовались для транзита воды в среднюю и нижнюю часть бассейна только при ее дефиците в нижележащих водохранилищах.
Современные ландшафты
Ферганская долина обладает большим запасом подземных вод. Источниками питания грунтовых вод служат подземные и поверхностные воды, стекающие с горных хребтов, атмосферные осадки, конденсационные воды воздуха, воды глубоких горизонтов грунта, инфильтрационные воды с полей и каналов. Подземный приток с гор в Ферганскую долину оценивается величиной порядка 3 куб. км/год [Чуб, 2007].
Подземные воды Ферганской долины могут быть разделены на два типа: 1) подземные воды, связанные с террасами рек Сырдарья, Карадарья и Нарын; 2) воды, формирующиеся за счет инфильтрации поверхностных вод рек, стекающих с горных хребтов [Бабушкин, 1964].
Режим подземных вод первого типа во многом зависит от режима рек Нарын и Карадарья, которые имеют сток в сторону течения реки Сырдарья в юго-западном направлении. Средняя скорость просачивания вод из Сырдарьи в пролювиально-аллювиальную долину составляет около 160 куб.м/с. Районы выклинивания приурочены к крупным конусам выноса рек Нарын, Сох, Исфара и др., грунтовые воды обеспечивают дополнительное питание рек, увеличивая их потенциал по обеспечению орошаемых земель водными ресурсами на «входе» в Ферганскую долину.
Однако, основная часть грунтовых вод образуется за счет инфильтрации оросительных вод [Маскудов, 1979]. В месте слияния реки Карадарья с реками Кугарт, Караунгур, а также в нижнем течении, в 12 км от устья подпор грунтовых вод компенсирует водоотведение в Кампырроватском и Куйганьярском гидроузлах, приводящее к обмелению русла. Общее годовое поступление инфильтрационных вод в среднем и нижнем течении реки Карадарья составляет 108 куб.м/сек, в нижнем течении расход за их счет расход в реке увеличивается до 60 куб.м/сек [Шульц, 1965].
Подземные воды играют важную роль в различных физико-географических процессах в пределах долины. В первую очередь, они являются основным фактором соленакопления в почвах и грунтах слабосточных и бессточных депрессий. Большая часть грунтовых вод расходуется на испарение и транспирацию, в связи с чем, в почвах центральной части долины широко развиты процессы соленакопления.
Важная роль в успешном решении геоэкологических проблем, в том числе проблем повышения эффективности использования водных ресурсов для орошаемого земледелия и оптимизации водопотребления на орошаемых сельскохозяйственных землях, принадлежит комплексному географическому подходу к познанию природной среды, основанному на ее изучении как совокупности иерархически соподчиненных геосистем - современных ландшафтов. Современные ландшафты представляют собой природно-антропогенные территориальные комплексы, в которых тесно взаимодействуют природная и антропогенная (хозяйственная) подсистемы.
Карта Современные ландшафты Ферганской долины (см. рис. 2.3.), основана на типологической методике исследования и картографирования современных ландшафтов [Николаев, 1978]. При разработке карты современных ландшафтов Ферганской области использованы Ландшафтная карта СССР, масштаб 1:2500000, под ред. Гудилина, 1980 г.; Ландшафтная карта СССР, масштаб 1:4000000, под ред. Исаченко А.Г., 1988 г.; материалы [Бабушкин, 1964], [Дунин-Барковский, 1976], [Касимов, 1988], а также данные Landsat7 и SRTM90. Разнообразие современных видов ландшафтов Ферганской долины обусловлено морфологическими, климатическими, гидрологическими особенностями территории, а также интенсивной хозяйственной деятельностью человека [Юсупов, 1975; Абдулкасимов, 1983; Маскудов, 1990].
Изучаемая территория расположена в умеренном поясе, в зоне суббореальных экстрааридных южных пустынь и полупустынь. В Ферганской долине в пределах горного и равнинного классов выделено 7 подклассов природных ландшафтов на основе морфологических особенностей территории, (см. рис. 2.3.): низкогорья (I), предгорные пролювиальные равнины (II), предгорные лессовые равнины (III), межгорные лессовые волнистые равнины (IV), конусы выноса (V), древнеаллювиальные (VI) и аллювиальные равнины (VII).
Различия почвенно-растительного покрова позволяют выделить в пределах классов ландшафтов 11 видов ландшафтов (табл. 2.2., Легенда к Карте современных ландшафтов Ферганской долины).
В западной части Ферганской долины для Кураминского и Алайского хребта характерны ландшафты сильно расчлененных низкогорьев, сложенные сланцами и известняками, с разреженной ксерофильной полукустарничковой полынно-солянковой растительностью на типичных маломощных сероземах (вид 1, рис. 2.3.). С повышением количества осадков в восточном и юго-восточном направлении на более выположенных склонах низкогорий Чаткальского и Ферганского хребтов распространены ландшафты низкогорьев со сглаженными склонами, сложенные песчаными конгломератами, с эфемероидной растительностью на типичных сероземах (вид 2, рис. 2.3.).
Для аридных предгорных склонов Кураминского хребта характерны ландшафты предгорных пролювиальных равнины, сложенных крупно- и среднеобломочным материалом разной степени окатанности и галечниково-суглинистыми и гравелисто-глинистыми отложениями, с эфемероидно-полынной растительностью на светлых сероземах (вид 3, см. рис. 2.3.). Ландшафты этого вида также характерны для юга Ферганской долины, где они протянуты с востока на запад вдоль линии низкогорьев от Сохского конуса выноса и до западной границы долины реки Исфарамсай в пределах средней части.
Для предгорных склонов северной части долины, расчлененных саями (ручьями с сезонным водотоком), характерны ландшафты предгорных лессовых волнистых равнин с разнотравно-эфемероидной растительностью на светлых сероземах (вид 4, см. рис. 2.3.). Стекающие с гор саи, а также реки Кассансай и Намангасай характеризуются кратковременным весенним половодьем и к началу вегетационного сезона пересыхают, в связи с чем в пределах лессовой волнистой равнины ирригационная система развита слабо и водные ресурсы для орошения существенно ограничены.
Последовательность поступления воды на орошаемые поля и оросительные нормы
Благоприятные условия водообеспеченности описывают ситуацию в период до 1992 г., когда наибольшие попуски Токтогульского водохранилища соответствовали спросу на водные ресурсы для орошения в вегетационный период (8 - 10 млрд куб. м), при этом попуски из Андижанского водохранилища составляли порядка 2 млрд куб. м (приложение 1).
Отличие условно благоприятных условий от благоприятных заключается в снижении объема попусков Токтогульского водохранилища в вегетационный период и увеличении попусков в холодный период для выработки электроэнергии (приложение 1). При этом Андижанское водохранилище работает в компенсационном режиме, покрывая в некоторой степени дефицит воды, вызванный ограничением работы Токтогульского водохранилища. При такой системе функционирования попуски последнего составляют порядка 5-6 млрд куб. м, а при поступлении из Андижанского водохранилища увеличиваются до 3-4 млрд куб. м (приложение 1). Неблагоприятные условия водообеспеченности характеризуют ситуацию, когда осуществление попусков обоих водохранилищ ограничено из-за сработки водохранилищ до уровня мертвого объема и нехватки в них водных ресурсов. Такой режим работы системы может быть обусловлен как природными факторами (многолетнее затяжное маловодье), так и неправильным регулированием многолетнего режима работы водохранилищ и отсутствием эффективно функционирующей системы многолетнего прогнозирования водности рек.
Последовательность поступления воды на орошаемые поля и оросительные нормы Согласно общепринятой практике центральноазиатских государств распределение водных ресурсов основывается на следующих принципах [Мирзаев, 2011]: 1) приоритетность водопользователей и определение квот-лимитов: приоритетом в подаче воды пользуются промышленные предприятия, гидроэлектростанции, коммунально-бытовые службы, рыбные хозяйства, водопользователи, занимающиеся семеноводством, выращиванием лекарственных трав и др., остальные водопользователи получают воду в соответствии с лимит-квотами, расчет которых основывается на данных по структуре посевов, технологическому состоянию оросительной системы, применяемой технике орошения, почвенно-мелиоративному состоянию полей и наличию местных источников орошения [Мирзаев, 2011]. 2) принцип пропорциональности водообеспеченности: водные ресурсы направляются прежде всего в районы с наименьшим запасом почвенной влаги; приоритетными для подачи воды являются орошаемые земли с глубоким уровнем залегания грунтовых вод и низкой водоудерживающей способностью почв в соответсвии со шкалой гидромодульного районирования (табл. 1.1).
При анализе современного состояния водохозяйственной системы Ферганской долины было выявлено, что реализация механизмов эффективного водораспределения по принципам гидромодульного районирования и назначения оросительных норм осуществляется не в полном объеме. В условиях несистематического мониторинга динамичных изменений почвенно-мелиоративных условий, а также при отсутствии методологии составления плана водопользования и определения оросительных норм конкретных фермерских хозяйств возникает проблема несоответствия установленного режима орошения действительной потребности культур [Мухамеджанов, 2008].
Проведенные исследования в рамках проекта ИУВР-Фергана на пилотных участках Южного Ферганского канала [Мухамеджанов, Нерозин, 2008] выявили, что фактические объемы орошения (используемые на полях) превышают расчетные (определенные в соответствии с современными условиями): в Согдийской области имели место «не столько значительные переборы..., сколько непродуктивные поливы в сентябре и октябре»; в Ферганской области в некоторых хозяйствах «фактические нормы превышают расчетные в два и более раз», отмечена «нестыковка по срокам и поливным нормам»; в Ошской области «есть расхождения в сроках полива и завышенной норме первого полива» [Мухамеджанов, Нерозин, 2008, стр. 176].
Для оценки эффективности реализации водораспределения по принципам гидромодульного районирования и корректировке оросительных норм рассмотрены два возможных условия определения последовательности орошения и назначения оросительных норм: 1) при отсутствии практики гидромодульного районирования (рис. З.1., Ш) и проведения поливов с осредненными оросительными нормами; 2) при внедрении практики гидромодульного районирования и проведения поливов с учетом дифференциации оросительных норм (рис. З.1., П2).
Научно обоснованный подход к расчетам оросительных норм возделываемых в Ферганской долине культур (объему воды для полива растения за весь вегетационный период) основывается на физиологической способности растения к транспирации при различных климатических и почвенно-мелиоративных условиях. Основным ориентиром для специалистов органов управления водными ресурсами административных областей Ферганской долины по определению оросительных норм является работа Н.Ф.Беспалова. «Мелиорация и орошение культур хлопкового севооборота» (1992 г.), в которой он приводит данные по гидромодульному районированию и режиму орошения сельскохозяйственных культур по областям Узбекистана.
Однако следует учитывать, что проектируемые по гидромодульным районам режимы орошения предназначены для расчета водоподачи, планирования сроков и норм полива в масштабах оросительных систем, районов и хозяйств. В пределах отдельных оросительных участков определение сроков и норм полива должно проводиться в соответствии с конкретными почвенно-мелиоративными условиями и состоянием на них сельскохозяйственных культур [Нерозин, 1980].
Оптимизация последовательности распределения водных ресурсов, дифференциация оросительных норм и повышение КПД техники орошения
Умеренный дефицит водных ресурсов характерен для хлопковых плантаций на эродированных почвах в пределах предгорных лессовых волнистых равнин (III 4 Е, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4) у южных склонов Чаткальского хребта. Описываемые территории недостаточно обводнены, имеющиеся реки Кассансай и Намангансай характеризуются низкими расходами в вегетационный период, ирригационная сеть развита недостаточно. Высокие оросительные нормы, обусловленные глубоким залеганием грунтовых вод и высокой инфильтрационной способностью грунтов, при отсутствии полноводных водотоков ограничивают ирригационные возможности природного комплекса в условиях преобладания хлопковых плантаций.
Ландшафты предгорных лессовых волнистых равнин южной части Ферганской долины хотя и имеют более высокую обводненность за счет рек, стекающих с Ферганского и Алайского хребтов, однако интенсивное освоение данных территорий при развитии садов, виноградников, хлопковых плантаций (III 4 Е, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4) приводит также к некоторому дефициту доступных водных ресурсов. Даже при наиболее благоприятных условиях до 18,7 % описываемых территорий хронически недополучают достаточного количества воды на орошение. Целесообразным является развитие весенних посевов овощей под пленкой, полив которых совпадает с повышенными расходами на реках, имеющих снеговое и ледниково-снеговое питание.
Плантационно-пахотные ландшафты (с посевом зерновых и хлопковыми плантациями) на плоских пролювиально-аллювиальных равнинах конусов выноса (V 6 3, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4) являются ареалами древнего орошения. Здесь протекают полноводные реки Ферганского и Алайского хребтов, воды которых полностью разбираются на орошение развитой сетью ирригационных каналов. При наименее благоприятных условиях имеется умеренный риск нехватки водных ресурсов на 15,1% земель, в благоприятных условиях водообеспеченности - на 10 %.
Ландшафты с преобладанием хлопковых плантаций и посевов зерновых в пределах периферийных частей конусов выноса (V 7 И, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4), распространены к северу от цепи низкогорьев южных районов Ферганской долины. Неглубокое залегания грунтовых вод, их подпитка сбросовыми водами повышенной минерализации с более гипсометрически высоких орошаемых массивов, при интенсивном развитии орошения в условиях плохого дренажа обуславливают развитие процессов вторичного засоления почв. Развитая сеть ирригационных каналов в пределах описываемых ландшафтов обуславливает умеренную степень проявления дефицита водных ресурсов, 10,8 % земель недополучают воду на орошение при наименее благоприятных условиях, при благоприятных условиях эти ландшафты характеризуются невысоким дефицитом водных ресурсов (5%).
Для смягчения дефицита водных ресурсов в пределах ландшафтов конусов выноса оптимальным является, в первую очередь, внедрение эффективных методов и техники полива, способствующих экономии водных ресурсов при сложившейся структуре посевов.
Хлопковые плантации на древнеаллювиальных равнинах (VI 8 М, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4), орошаемые развитой сетью ирригационных каналов в условиях подпитки грунтовых вод также относятся к категории ландшафтов умеренного проявления дефицита водных ресурсов на орошение. При неблагоприятных условиях 18,4 % территорий недополучают воду на орошение, в благоприятных -14,8%. Для решения проблемы нехватки водных ресурсов рекомендуется отказ от монокультурных посевов хлопчатника в пределах данных ландшафтов, что позволит снизить уровень потребления воды на полях
При выращивании риса и его орошении со средними оросительными нормами 12 000 куб м/га на ограниченных прирусловых участках и старичных озерах в пределах ландшафтов аллювиальных равнин (VII 10 П, VII IIP, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4) также возможна ситуация нехватки водных ресурсов при неблагоприятных условиях водообеспеченности. Однако для этих территорий большое значение имеет подпитка грунтовыми водами, которая компенсирует в достаточной степени потенциальный дефицит поверхностных вод. Здесь целесообразно отказаться от традиционного выращивания риса для экономии водных ресурсов и провести рекультивацию пойменных ландшафтных комплексов. Ландшафты с повышенным дефицитом водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных угодий
Ландшафты, занятые фруктовыми садами и хлопковыми плантациями на межгорных аллювиально-пролювиальных равнинах (IV 5 Ж, рис. 4.3, 4.4, табл. 4.4), характерные для южной части Ферганской долины, относятся к территориям с повышенным проявлением водного дефицита. Повышенный риск нехватки водных ресурсов связан в большей степени не с отсутствием водных ресурсов, а с интенсивным освоением этих территорий. Несмотря на условия глубокого залегания грунтовых вод и высокую инфильтрационную способность почв, определяющих высокие оросительные нормы, ландшафты межгорных равнин характеризуются благоприятными мелиоративными условиями для орошения. Наличие полноводных рек (Исфара, Сох, Шахимардан, Араван, Акбура) с высокими расходами, обусловили развитие ирригационной сети и рост орошаемых массивов, что в последствие привело к дефициту водных ресурсов в пределах рассматриваемых ландшафтов. При наименее благоприятных сценариях 20,2 % земель испытывают нехватку воды на орошение, при благоприятных 19,3%.
Для описанных территорий характерен дисбаланс между потребностью и обеспеченностью водными ресурсами ландшафтов в вегетационный период при развитии орошаемого земледелия. Оптимальным для межгорных равнин, находящихся в условиях повышенного дефицита водных ресурсов, является приведение в соответствие структуры посевов и периода выращивания сельскохозяйственных культур и условий естественного пика водности рек Чаткальского, Ферганского и Алайского хребтов.