Введение к работе
Прогнозы водности рек являются одной из важнейших составных частей гидрометеорологического обслуживания различных хозяйственных отраслей Республики Казахстан, в первую очередь гидроэнергетики и сельского хозяйства. Эти прогнозы до настоящего времени составляются, в основном, с помощью методик, разработанных на основе использования эмпирических и полуэмпирических методов. Нередко такие методики базируются только на косвенном учете гидрологических процессов, происходящих в бассейнах рек. Поэтому многие из ранее разработанных методик недостаточно обоснованы. Кроме того, значительное влияние хозяйственной деятельности на формирование стока, наблюдавшееся особенно в последние десятилетия, нарушило однородность гидрологических рядов, что в определенной мере создает дополнительные трудности при уточнении существующих и разработке новых методик прогноза водности рек. Повышение оправдываемости способствует увеличению эффективности сельского хозяйства, водного хозяйства, энергетики и других отраслей экономики. Все это обусловливает необходимость и актуальность разработки методик прогноза водности рек на более совершенной методической основе. В качестве такой основы в диссертационной работе используется модель формирования стока горных рек, разработанная в Казахском научно-исследовательском гидрометеорологическом институте (КазНИГМИ, ныне Казахском научно-исследовательском институте мониторинга окружающей среды и климата - КазНИИМОСК) под руководством В.В. Голубцова. Особенностью модели КазНИГМИ является то, что она позволяет даже при наличии ограниченной исходной информации моделировать сток с каждой высотной зоны и склонов различной экспозиции. Параметры модели принимаются изменяющимися в зависимости от высоты местности, уклона и экспозиции горных склонов.
Актуальность работы. Определяется ограниченностью водных ресурсов рассматриваемого региона, сокращением стока реки Сыр-дарья и катастрофическим усыханием Аральского моря под влиянием хозяйственной деятельности. В связи с этим значение разработки надежных методик прогнозов водности рек еще больше возрастает.
Цели и задачи исследований. Основными целями работы являются оценка влияния хозяйственной деятельности на сток рек юго-западного склона хребта Каратау и западных отрогов Таласского Алатау и разработка методики долгосрочного прогноза естественного стока рек бассейна р. Сырдарья в пределах Казахстана за период половодья и отдельные месяцы. Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи:
восстановить значения естественного стока за период половодья и оценить влияние хозяйственной деятельности на его величину;
адаптировать модель формирования стока к условиям конкретных бассейнов рек Южного Казахстана (оценить ее параметры);
осуществить выбор наиболее информативных предикторов для прогнозирования стока рек;
разработать методики долгосрочного прогноза водности рек Арыс, Бадам, Аксу, Сайрам, Жабаглысу, Келес, Боген, Шаян;
разработать методики краткосрочного прогноза стока рек Арыс и Шаян;
- провести оценку разработанных методик и внедрить их в
оперативную практику.
Методика исследований. Работа имеет методическую и прикладную направленность, основана на использовании методов моделирования процессов формирования стока рек рассматриваемого региона и физикостатистических методов восстановления и прогноза стока. Оценка влияния хозяйственной деятельности на водность рек проводилась с помощью уравнения водного баланса и статистических методов, позволивших исследовать воднобалансовые процессы и выявить закономерности формирования стока в рассматриваемых бассейнах.
Научная новизна исследований. Автором впервые:
детально описаны процессы и закономерности формирования сток рек региона;
адаптирована для рек Южного Казахстана модель формирования стока горных рек КазНИГМИ;
осуществлено для этих рек непрерывное за многолетний период моделирование основных стокообразующих факторов;
произведена оценка влияния хозяйственной деятельности на сток рек, предложены схемы прогноза водозаборов для рек Арыс и Бадам;
разработаны методики долгосрочного прогноза водности рек (за период половодья и отдельные месяцы), в основу которого положены зависимости стока от моделированных значений снегозапасов, поступления воды на поверхность водосбора, влагозапасов и промерзания почвогрунтов, а также инерционные зависимости, учитывающие предшествующую водность и параметры, характеризующие интенсивность общей циркуляции атмосферы;
разработана методика краткосрочного прогноза стока рек, основанная на использовании модели формирования стока.
Обоснованность выводов обеспечена использованием концептуальной математической модели формирования стока, применением статистически корректных методов анализа, достаточным объемом исходной информации (среднесуточная температура воздуха и
суточные суммы осадков по 5 метеорологическим станциям, данные по стоку - по 8 гидрологическим постам).
Кроме этого, обоснованность выводов подтверждается относительно высокой оправдываемостью проверочных долгосрочных и краткосрочных прогнозов речного стока составленным по разработанным методикам.
Осповпые защищаемые положения:
а) Выявленные региональные закономерности изменения
температуры воздуха и осадков, основанные на учете высотной
зональности и их внутригодового распределения, а также установлен
ное распределение морфометрических характеристик позволили
адаптировать модель формирования стока горных рек КазНИГМИ,
являющуюся методической базой расчета и прогноза речного стока по
метеорологическим данным, к условиям Южного Казахстана.
б) На основе воднобалансовых и статистических методов впер
вые проведена количествеїшая оценка влияния хозяйственной дея
тельности на сток рассматриваемых рек. При этом выявлено, что наи
большее антропогенное уменьшение стока произошло в бассейнах рек
Арыс и Бадам. На р. Арыс, после ввода в действие Арысского канала
это изменение составило в среднем 55 %, на р. Бадам, после построе
ния водоотводного канала оно возросло и составило в среднем 58 %.
Предложеная схема прогноза водозаборов, основана на зависимости
от прогнозируемой водности (для р. Арыс) и от уровня наполнения
Бадамского водохранилища (для р. Бадам).
в) Применение модели формирования стока горных рек
КазНИГМИ, для получения рассчитанных величин снегозапасов, пос
тупления воды на поверхность водосбора, влагозапасов и промерзания
почвогрунтов, является основой при разработке методик прогноза вод
ности рек Южного Казахстана в условиях ограниченной гидрометео
рологической информации.
г) Методики долгосрочного прогноза водности притоков р. Сыр-
дарья в пределах Казахстана, представляющие собой регрессионные
схемы (54 прогностических уравнения), позволяют прогнозировать
сток за период половодья (для рек Арыс, Бадам, Кслес, Боген, Шаян),
период вегетации (для рек Аксу, Сайрам, Жабаглысу) и отдельные ме
сяцы. Общая эффективность предложенных схем составляет 78 %.
Апробация п практическая значимость работы. Основные положения и результаты исследований, приведенные в диссертации, докладывались на Третьей конференции СНГ-США по гидрологическим и пщрогеолопіческнм проблемам охраны окружающей среды - "Вода-критический ресурс: проблемы сохранения, использования и управления" (Ташкент, 1996 г.), на Международной конференции по проблемам изменения климата (Алматы, 1997 г.), на совещании по прикладным демонстрационным проектам Агентства
США по международному развитию (ЮСАИД) - "Проект по природоохранной политике и технологии" (Алматы, 1996 г.), на Ученом Совете КазНИГМИ ( Алматы, 1988, 1993), КазНИИМОСК (Алматы, 1997 гг.). Практическая ценность работы состоит в развитии исследований по прогнозированию водности горных рек в условиях ограниченной исходной информации и значительного антропогенного влияния на сток. Разработанные методики долгосрочного и краткосрочного прогноза речного стока прошли производственные испытания и внедрены в отделе гидропрогнозов Казгидромета (акт о внедрении от 15.03.1997 г.).