Антропогенные изменения годового стока рек Средней Азии и Закавказья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.07, доктор географических наук в форме науч. докл. Цыценко, Кирилл Викторович

• Цыценко, Кирилл Викторович
• доктор географических наук в форме науч. докл.
• 1997

Оглавление диссертации доктор географических наук в форме науч. докл. Цыценко, Кирилл Викторович

Предмет защиты. В предлагаемом научном докладе представляется концепция оценки и прогноза антропогенных изменений годового стока рек под влиянием орошаемого земледелия, последовательно отражающая весь процесс использования поверхностных вод на нужды ирригации. Основы ее состоят в исследовании и оценке ресурсов поверхностных вод, изъятий стока на орошение, безвозвратного водопотреб-ления и водоотведения с орошаемых земель, антропогенных изменений водности рек и компонентов природной среды.

Выполненные разработки опираются на результаты многолетних комплексных наблюдений за элементами водного баланса в высокогорных областях и на мелиорируемых равнинных территориях. Производство комплексных воднобалансовых исследований, их анализ и теоретическое обобщение осуществлялись автором последовательно в 1958-1971 гг. в УГМС Киргизии, а с 1972 по 1995 гг. в Государственном гидрологическом институте Росгидромета.

Актуальность темы. Оценка влияния хозяйственной деятельности на речной сток представляет собой одну из центральных проблем гидрологической науки. В рамках этой проблемы автором разрабатывались научно-методические вопросы, связанные с расчетами антропогенных изменений годового стока рек под преимущественным воздействием орошаемого земледелия, которое, как известно, является наиболее водоемкой отраслью хозяйства. Поэтому естественно, что объектами таких исследований стали в первую очередь бассейны рек Средней Азии (Амударьи, Сырдарьи, Чу и Талас, оз. Иссык-Куль, оз. Балхаш) и Закавказья (Куры), где к концу 80-х годов размещалось около 50% всех поливных земель бывшего СССР. Общим для всех этих бассейнов является то, что их сток формируется в горах, а используется на равнине.

Изменение (трансформация) стока под влиянием орошаемого земледелия Представляется весьма сложным и многофакторным процессом. Масштабы и темпы изменений водности рек зависят от изменчивости стока в зоне формирования, климатических характеристик и условий погоды в зоне его использования, величин безвозвратно водопотребления и возвратных вод, соотношения антропогенных и естественных .ерь стока. влияние упомянутых факторов невозможно установить без детального изучения нтов водного баланса и его структуры как в горной части речных бассейнов, и на мелиорируемых землях равнинных пространств. Между тем широкое при-и: воднобалансовых методов исследований и расчетов заметно сдерживалось гидрометеорологической изученностью высокогорных районов и недостатком о водном балансе орошаемых территорий. В связи с этим организация и проведение комплексных воднобапансовых наблюдений имели, несомненно, важное научное и практическое значение.

Особенно пристальное внимание всегда привлекала к себе проблема расчета безвозвратного водопогребления и возвратных вод с орошаемых земель. Это связано как с различным влиянием упомянутых характеристик на антропогенные изменения водности рек, так и с острой потребностью в надежных данных о величине и структуре затрат речного стока на орошение, необходимых для оценки эффективности использования водных ресурсов. Расхождение расчетных значений безвозвратного водопо-требления или их отсутствие негативно сказывались при разработке комплексных Схем использования и охраны водных ресурсов. В этом отношении выделялась проблема формирования и оценки возвратных вод, ряд моментов которой остаются дискуссионными до сих пор.

Научная и практическая значимость исследования антропогенных изменений стока состояла не только в потребности внести определенную ясность в различные взгляды на рассматриваемый вопрос,, но и в необходимости определения экологического будущего бессточных водоемов аридных территорий (Арала, Балхаша и др.).

•"'• Непосредственно в эту проблему входила задача исследования преобразования деятельной поверхности в дельтах рек, решение которой требовалось для расчетов притока речных вод в озера и внутренние моря. Оценки антропогенных изменений стока были также необходимы для гидрологического обоснования мероприятий, направленных на улучшение гидроэкологической ситуации в бассейнах рассматриваемых рек.

Перечисленные выше задачи и определили актуальность проведения научных разработок по исследованию условий формирования стока в горах и оценке изменений его количественных характеристик на равнине.

Целью исследований явилась разработка концепции по оценке и прогнозу антропогенных изменений годового стоха рек под преимущественным воздействием .орошаемого земледелия. Основные научные направления в рамках этой концепции следующие:

• разработка научно-методических основ организации стационарных и экспеди-, ' ционных комплексных наблюдений для исследования элементов водного баланса в зонах формирования и использования стока;

• создание методики определения безвозвратного водопотребления и возвратных вод с орошаемых земель;

• разработка методики количественной оценки изменения годовых значений стока под влиянием орошаемого земледелия и сопутствующих ему гидротехнических мероприятий;

• создание методики по оценке трансформации потерь речных вод в дельтах в связи с преобразованием их деятельной поверхности, обусловленным антропогенными изменениями стока.

Научная новизна и личный вклад автора. Результаты научных исследований, представляемые к защите, заключаются в обосновании автором концепции оценки и прогноза антропогенных изменений водности рек, разработке ее научно-методических основ, базирующихся на исследовании закономерностей изменения элементов водного баланса в горах и на равнине под влиянием оросительных мелиорации, а также использование этих методик в гидрологических и водохозяйственных расчетах.

Предлагаемая концепция предусматривает последовательную оценку комплекса естественных и антропогенных факторов, участвующих в процессе использования речных вод при орошении: водных ресурсов, характеристик орошаемого земледелия (водозабора и площадей орошаемых земель), безвозвратного водопотребления и возвратных вод, преобразования природной среды бассейнов под воздействием антропогенных изменений стока.

С этой целью автором были разработаны или усовершенствованы методические приемы по оценке стока зоны формирования (водных ресурсов), затрат речного стока и водоотведения с орошаемых земель, изменений стока под влиянием антропогенных и естественных факторов. В рамках подготовленных методик были предложены технологические схемы инженерных расчетов рассматриваемых характеристик, способы анализа и обобщения главных показателей орошаемого земледелия, необходимых как для оценки безвозвратного водопотребления и возвратных вод, так и антропогенных изменений водности рек. Выполненные на основе разработанных методических приемов расчеты позволили получить достаточно надежные данные, характеризующие потери поверхностных вод при орошении и антропогенные изменения водности рек в различных по своим физико-географическим условиям бассейнах.

Принципиальная особенность предлагаемой концепции состоит в том, что речной сток в ней рассматривается не только как источник орошения, но и как важнейший компонент природной среды, обеспечивающий существование экосистем аридных областей.

Практическое значение работы. Перечисленные результаты научных исследований, полученные лично автором и под его руководством, использовались различными проектными организациями для решения гидрологических и водохозяйственных задач, связанных с действующими и проектируемыми оросительными системами при подготовке Схем комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейнов рек Куры, Чу, Талас, Аральского моря и оз. Балхаш. Исследования автора но оценке антропогенных изменений стока явились составной частью ряда международных справочных пособий и технических документов, посвященных проблеме изучения изменения водного режима бассейнов под влиянием ирригации, которые были изданы под эгидой ЮНЕСКО и рекомендованы дня практического использования в других регионах земного шара.

Предложенные автором методические приемы и результаты количественных оценок затрат стока в сфере орошаемого земледелия были включены Союзводопроектом в Рекомендации по определению стока оросительных и возвратных вод с орошаемых земель, предназначенных для применения проектными институтами при разработке региональных и бассейновых Схем развития мелиорации и водного хозяйства. Многолетний опыт проведения автором комплексных, воднобалансовых исследований нашел свое применение и при подготовке Указаний по производству и обработке материалов наблюдений на мелиорируемых землях.

Результаты количественных оценок затрат стока при орошении и его изменений под воздействием ирригации широко использовались в работах Правительственной комиссии и комиссий СОПСа, Госстроя, ГКНТ, АН СССР и Казахстана для гидрологического обоснования мероприятий, направленных на кардинальное улучшение гидроэкологического состояния Аральского моря и оз. Балхаш.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на конгрессах, съездах, симпозиумах, конференциях, всесоюзных и междуведомственных совещаниях, важнейшими из которых являются:

• Пятая научная конференция Тянь-Шаньской физико-географической станции, Фрунзе, 1963 г.

• Семинар по расчетам водного баланса речных бассейнов, Валдай, 1967 г.

• Заседание президиума Научного совета по проблеме "Водные ресурсы и баланс вол", Алма-Ата, 1968 г.

• Четвертый всесоюзный гляциологический симпозиум, Баскан, 1968 г.

• Конференция но проблеме развития теории и методов расчета водных балансов речных бассейнов, Ленинград, 1970 Т.

• Четвертый и пятый Всесоюзные гидрологические съезды, Ленинград, 1973, 1986 гг.

• XXIII Международный географический конгресс, Ленинград, 1976 г.

• Всесоюзные совещания по проблеме Арала, Алма-Ата, 1977 г. и Москва, 1979 г.

• Междуведомственное совещание по воднобалансовым исследованиям на мелиорируемых землях, Валдай, 1979 г.

• Седьмой съезд Географического общества СССР, Фрунзе, 1980 г.

• Заседания секции 1'К.НТ "Поверхностные и подземные водные ресурсы и баланс вод", Алма-Ата, 1984 г., Ленинград, 1986 г., Омск, 1988 г.

• Совещания по проблеме мониторинга природной среды Приаралья, Обнинск 1989, 1991 гг., Ташкент 1990 г.

• Международные высшие гидрологические курсы ЮНЕСКО при МГУ им. Ломоносова, Москва, 1981-1993 гг.

• Заседания Ученого совета Государственного гидрологического института и его секций.

Публикации. Основные итоги научных разработок автора, представленные в докторской диссертации в виде научного доклада, опубликованы в трех монографиях, сборниках Трудов ГТИ, журналах "Метеорология и гидрология", "Водные ресурсы", сборниках "Человек и стихия" и др. Всего по теме диссертации автором было издано свыше 60-ти печатных работ, в том числе и за рубежом.

СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. ФОРМИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА РЕСУРСОВ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Проблеме изучения условий формирования стока и, соответственно, оценке ресурсов поверхностных вод в гидрологии всегда придавалось первоочередное значение. Исследования по антропогенному изменению стока также невозможны без наличия данных о водности рек.

В отличие от равнинных территорий, где зоны формирования и использования стока, как правило, совпадают между собой, в горных областях, вследствие различия в процессах стокообразования, они разделяются. К зоне формирования стока относятся горные поднятия, дня которых характерно превышение осадков над испарением и отсутствие влияния па сток хозяйственной деятельности. Зона использования (рассеивания) стока располагается ниже зоны его формирования, и отличается значительными потерями речных вод на испарение и инфильтрацию. В ряде речных бассейнов (Сырдарьи, Чу, Таласа и др.) она отличается появлением небольших рек или ручьев, образованных выклинивающимися подземными водами различного генезиса.

Соотношение между зонами формирования и использования стока для различных бассейнов изменяется в широком диапазоне. Так в Иссык-Кульской котловине, бассейнах Куры и Аракса преобладает зона формирования стока — 75-80%, а относительная доля этой же зоны в бассейне Амударьи не достигает и 20%.

Верхняя граница зоны формирования стока в бассейнах рек с ледниково-снеговым питанием проходит примерно по фирновой линии, разделяющей области абляции и аккумуляции глетчеров. Нижняя ее граница располагается, как правило, по подножьям гор, выше вершин конусов выноса рек, по выходу их из горных ущелий. При проведении детальных воднобалансовых исследований она может быть определена по соотношению сумм осадков и испарения или по состоянию и развитию растительного покрова по аэрокосмическим снимкам.

Вследствие различной увлажненности водосборов, обусловленной их географическим положением и ориентацией горных хребтов относительно алагонесущих воздушных масс, высотное положение нижней границы зоны формирования стока не остается постоянным. Если в бассейне оз. Иссык-Куль ее отметки приближаются примерно к 1800-2000 м, то в бассейне Сырдарьи, на отрогах хребта Каратау, простирающегося далеко на север, — они опускаются до высот порядка 500-800 м. Нижняя фаница зоны формирования стока не .остается постоянной в течение года, заметно перемещаясь вверх летом или опускаясь вниз, особенно в снежные и холодные зимы, как, например, в 1969 году в бассейне Аральского моря.

Вопросами исследования закономерностей формирования стока в горных областях занимались такие известные ученые как Большаков М.Н., Важнов А.Н., Валесян В.П. Владимиров Л.А., Давыдов Л.К., Ольдекоп Э.М., Рустамов С.Г., Соседов И.С., Шульц В.Л., Щеглова О.П. и многие другие. Их трудами были заложены основы в деле изучения водного баланса горных бассейнов, оценены средние многолетние значения стока рек, его изменчивость и распределение по горным районам Средней Азии и' Закавказья. При исследовании антропогенных изменений стока нельзя было, ограничиться только нормой последнего, появилась необходимость в годовых величинах водности рек.

В связи с этим потребовалось оценить влияние внутригодового изменения нижней границы зоны формирования стока на надежность гидрологических расчетов. Выполнить это было невозможно без тщательного изучения водного баланса горных областей, характеризующихся значительным перепадом высот местности, расчлененностью рельефа и связанных с этим изменений условий климата в различных высотных поясах водосборов. Наиболее предпочтительным для решения поставленной задачи являлось применение метода водного баланса, который представляет собой достаточно полный и генетически обоснованный способ получения надежных данных об элементах влагооборота в бассейнах. Вместе с тем, использование воднобалансовой методики требует большого объема исходной информации, в особенности при расчетах за короткие интервалы времени. Получить такие сведения по высокогорным районам, вследствие их слабой гидрометеорологической изученности, оказалось крайне затруднительно.

Для детального исследования водного баланса горных областей наиболее целесообразной йвшйсь организация длительных стационарных наблюдений на репрезентативных горных бассейнах, обладающих типичными для данной территории условиями климата'и ландшафта. В ряде горных массивов Средней Азии было создано несколько таких бассейнов, в том числе в бассейне р. Алаарча (Киргизский хребет). На этом водосборе под руководством и при участии автора в течение 1958-1971 гг. был выполнен полный комплекс режимных наблюдений за элементами водного баланса. Анализ результатов позволил выяснить механизм сложных процессов, связанных с приходом и расходом влаги в горных областях, и дать их количественную оценку [1, 2, 5].

В пределах высокогорной области процессы стокообразования происходят с различной степенью интенсивности [2, б]. Малоактивными являются самые верхние и нижние высотные зоны. Первые — вследствие недостатка тепла, вторые — из-за их недостаточной увлажненности. Как показали результаты многолетних натурных вод-нобалансовых наблюдений в различных опытных речных бассейнах (М.Алмаатинке, Чон-Кызылсу, Алаарче, Варзобе и др.), наибольший вклад в формирование объема годового стока (до 80%) для рек с ледниково-снеговым питанием вносит высокогорная зона в пределах высот 3300-3800 м [4, 6]. Именно по этой причине внутригодо-вые колебания нижней границы зоны формирования стока относительно ее среднегодового положения, вблизи которого и производятся измерения расходов воды на постоянно закрепленных пунктах наблюдений, не сказываются на точности учета водных ресурсов, поступающих с гор, вследствие весьма пассивной роли в процессах стокообразования участков бассейнов, находящихся в полосе сезонной миграции нижней границы формирования стока. :

Гидрогеологические наблюдения в Алаарчинском бассейне дал'и 'ответ и на вопрос о полноте учета стока зоны формирования по данным гидрометрических измеришй. Величины нодруслокого стока оказались незначительными (не более 5% от ноисрхностпого), что было обусловлено небольшой мощностью водоносного горизонта и, главным образом, слабыми водопроницаемыми свойствами отложений, слагающих дно долины.

Гидрологические особенности формирования стока в высокогорных областях способствуют тому, что на большинстве рассматриваемых водосборах половодье формируется в теплую часть года, что в целом благоприятно для использования его для нужд орошения. Отличается в этом плане внутригодовое распределение стока рек Закавказья, где основной объем половодья проходит несколько ранее начала массовой вегетации сельскохозяйственных культур.

Ресурсы поверхностных вод в исследуемых бассейнах рек Средней Азии и Закавказья (У/г.ф.) оценивались по величинам притока воды из зоны формирования стока. При наличии гидрометрических створов водные ресурсы вычислялись путем суммирования средних годовых расходов воды, полученных по материалам наблюдений. В целом для исследуемых районов примерно 85-90% объема W3.4,. получено lió данным непосредственных наблюдений, а остальные — расчетным путем. Сток с неизученных в гидрологическом отношении территорий оценивался приближенно с применением региональных зависимостей районного модуля среднего многолетнего стока рек Мб или зонального модуля т0 от средней высоты водосбора или зоны. Последующий переход к стоку конкретных лет осуществлялся на основе использования модульных коэффициентов стока рек-аналогов, которые имели сходные с неизученными водотоками условия формирования стока [18].

Разработанная с участием автора методика позволила получить за длительные периоды (25 лет и более) достаточно надежные годовые величины ресурсов поверхностных вод и на этой основе уточнить их средние многолетние значения (табл. 1). По расчетам И.С. Соседова, ресурсы поверхностных вод Или-Балхашского бассейна составили ^ среднем 24.5 км5/год, в том числе 12,5 км3/год формируется в пределах Казахстана и около 12 км3/год поступает из Китая сосредоточенным стоком р. Или.

Изменчивость водных ресурсов (Cv) регионов, приведенных в табл. 1, сравнительно невелика и изменяется от 0.08 (бассейн оз. Иссык-Куль) до 0.15 (бассейн Аральского моря). Периоды с экстремальной водностью могут охватывать огромные' территории. Наиболее многоводным годом для большинства рек Средней Азии оказался 1969 год, а маловодными — 1974-1975 гг.; для водотоков бассейна р. Куры с преимущественно снсгово-дождевым питанием —соответственно 1963 и 1961 гг.

Анализ многолетних колебаний ресурсов поверхностных вод свидетельствует о наличии циклон различной продолжительности, характеризующихся многоводными и маловодными фазами стока. Естественный характер колебаний стокообразующих климатических факторов обусловил отсутствие в изменениях годовых величин стока признаков каких-либо односторонних трендов.

Таблица 1.

Водные ресурсы и их использование на нужды орошения.

Бассейн реки или озера Ресурсы поверхностных вод, Водопотребление на орошение, % от УУз.ф. Удельная водоподача, тыс. м3/га

ЛЛ,.ф., км'/год 1960-е годы 1980-е годы 1960-е годы 1980-е годы

Балхаш 24,

Иссык-Куль 4,0 15 33 4,

Чу 4,

Талас 1,

Кура 27,

Несмотря на то, что предложенные методические приемы используются уже в течение многих лет, перспектива продолжения этих расчетов требует к себе определенного внимания. С расширением масштабов мелиоративного и гидротехнического строительства нижняя граница зоны формирования стока как бы искусственно продвигается вверх по долинам горных рек. В связи с этим ряд важных пунктов по учету естественного стока (в бассейнах Сырдарьи, Амударьи и др.) перестал отвечать своему первоначальному назначению. Поэтому необходимо оперативно учитывать все изменения водохозяйственной обстановки происходящие в пределах нижней границы зоны формирования стока, чтобы своевременно вносить необходимые коррективы в ранее разработанные расчетные схемы.

Время от времени возникают предложения оценивать ресурсы поверхностных вод не по их значениям на нижней границе зоны формирования, а по величинам стока рек в области его рассеивания. В связи с отмеченными выше особенностями процессов стокообразования в горных бассейнах предлагаемый подход нельзя признать прапильным. ."Это. ио-периых, связано с тем, что в тоне рассеивания стока формирования естественных ресурсов поверхностных вод, за редким исключением, не происходит, а, во-вторых, ориентация только на русловой сток, величины которого всегда меньше суммарного притока с гор, автоматически исключает из расчетов часть ресурсов поверхностных вод.

Как показан многолетний опыт использования ресурсов поверхностных вод в бассейнах с развитым орошением, дефицит последних стал ощущаться давно. Как известно, устранение или смятение его достигаются путем регулирования и территориального перераспределения стока, проведения различных водосберегающих мероприятий. Одновременно предпринимаются попытки, направленные на увеличение самих водных ресурсов. Однако они пока еще не вышли за рамки теоретических разработок: интенсификация выпадения атмосферных осадков, искусственное увеличение и регулирование таяния ледников и др.

Более доступными оказались мероприятия по искусственному регулированию попусков из высокогорных озер, увеличению водоотбора из подземных вод (без ущерба поверхностному стоку), повторному использованию возвратных вод с орошаемых земель. Это привело к тому, что фактическое использование водных ресурсов в ряде бассейнов оказалось несколько выше естественных величин Эту "добавку", которую можно условно назвать антропогенной составляющей водных ресурсов (У10), необходимо учитывать при водохозяйственных расчетах.

Если колебания естественной водности рек обусловлены только изменениями природных сгокообразующих факторов, то динамика антропогенной составляющей водных ресурсов носит иной характер. Так, например, в бассейне р. Куры попуски из оз. Севан возрастали до середины 50-х годов, а затем они стали снижаться, водозабор же из глубоких артезианских скважин имеет устойчивую тенденцию к увеличению.

Величина и динамика значений У/0 зависят от уровня использования водно-зе-: мельнмх ресурсов речных бассейнов, их физико-географических, геологических и гидрогеологических особенностей. В бассейне р. Куры значения \Л?0 (относительно объемов W3.ф.) на протяжении более чем 50-ти летнего периода увеличились от 1 до в%\ и бассейне Сырдарьи к концу 80-х годов рассматриваемая характеристика достигла (22% за счет возвратного стока с орошаемых земель и 8% — водоотбора из подземных иод). В бассейне р. Чу в отдельные маловодные периоды доля Wa только за счет использования возвратных и подземных вод возросла до 40% . Что касается бассейнов рек Или, Талас, оз. Иссык-Куль, то там сколько-нибудь ощутимого вклада антропогенной составляющей водных ресурсов пока не отмечается.

При расчетах на перспективу обычно используются различные обеспеченные ¡¡тчекия У^ ф , определенные но материалам наблюдений прошлых лет. В связи с ожидаемым антропогенном потеплением климата, по исследованиям, выполненным в Н И, предполагалось некоторое увеличение стока рек Средней Азии. Поэтому при количественных оценках будущих объемов водных ресурсов данного региона учитывались несколько вариантов их расчета [18]. При" этом антропогенная составляющая водных ресурсов в такого рода оценках основывалась на прогнозных величинах объемов возвратных вод и планируемом водозаборе из подземных источников.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В пределах рассматриваемой территории антропогенные потери речных вод могут быть представлены следующими основными видами: затратами речного стока на орошение; водопотреблением на промышленно-коммунальные нужды; потерями, связанными с эксплуатацией водохранилищ. Поскольку на всем историческом пути хозяйственного использования ресурсов поверхностных вод водопотребление в сфере орошаемого земледелия всегда являлось преобладающим над остальными видами хозяйственной деятельности, в разработках автора главное внимание было уделено проблеме оценки антропогенных изменений стока под воздействием последнего.

Исследования влияния орошения на гидрологический режим рек базируются на учете ряда показателей, характеризующих использование водно-земельных ресурсов бассейнов на нужды ирригации. К числу таких показателей, в первую очередь, относятся данные о величинах водозабора из рек, динамике площадей орошаемых земель и структуре посевов на них. С этой целью автором был произведен сбор, анаяиз и обобщение указанных сведений для рассматриваемых бассейнов, которые позволили установить закономерности в изменении водозабора и площадей орошаемых земель на различных этапах мелиоративного строительства [7, 8, 11, 13, 15, 17, 19, 23, 27, 31].

Как в прошлом, так в современных условиях и в перспективе, водообеспечение орошаемого земледелия здесь осуществляется, главным образом, за счет ресурсов речного стока. В некоторых бассейнах или на их участках, характеризующихся дефицитом ресурсов поверхностных вод, на орошение нередко используются подземные или повторно коллекторно-дренажные воды. Но и в таких случаях в суммарном объеме водопотребления по-прежнему преобладал водозабор из речных вод.

Надо отметить, что сведения о водозаборе (<363) не всегда являются достаточно надежными. Систематические публикации об их величинах стали появляться только в начале 60-х годов. Данные до этого периода зачастую носили отрывочный характер, имеются примеры, когда водопотребление оценивалось не по материалам наблюдений, а расчетным путем. Сведения о величинах водозабора на орошение (табл.1) заимстяоиаим 1п раз шчных изданий Государственного водного кадастра, отчетных материалов проемных организаций и эксплуатационных органов республиканских Мипводхозов. Полученные данные по отдельным бассейнам (или их участкам) дополнялись и уточнялись в результате выполненных ГТИ полевых исследований.

Во всех бассейнах в течение 60-80 гг. наблюдалось увеличение водопотребления речного стока в зависимости от характера развития поливного земледелия. Как показали исследования |7, 11, 19|, водозабор из притоков Или, Талас, Чу за длительный промежуток времени не претерпел существенных изменений и его колебания за отдельные годы обусловлены (если отсутствуют переброски стока) преимущественно изменениями водности рек, стекающих с гор. Наиболее заметный рост объемов водозабора отмечается в тех бассейнах, где развитие орошения осуществлялось за счет изъятий стока из главных водных артерий. Так, например, в Чуйской долине уже со второй половины 50-х годов естественный сток самой р. Чу (порядка 1.54 км3/гед), ■.-•■■:поступающий в долину, практически весь разбирался на орошение. В последующем водозабор из этой реки почти в 2 раза превысил ее водность. Такое превышение про-■ изошло вследствие повторного использования ирригационных и энергетических сбросов, выклинивающихся в русло р. Чу естественных фунтовых и возвратных вод. , Примерно до 50-60-х годов суммарный водозабор состоял, главным образом, из водоподачи на орошение. Затем сток рек стал разбираться и на другие хозяйственные нужды, но орощение продолжало оставаться ведущим водопотребителем: не менее 80-851?! суммарного водопотребления.

Суммарный водозабор в бассейне Аральского моря увеличился за последние 3040 лет с 50-60 до 110 км3/год. При этом степень использования ресурсов поверхностных вод возросла с 45 до 110%. Превышение суммарного водопотребления над ресурсами речного стока, как и в бассейне р. Чу, происходит за счет повторного использования возвратных вод, главным образом от орошения. Последнее в большей степени характерно для бассейна Сырдарьи, где отмеченное явление стало прослеживаться с начала 60-х годов, и, в первую очередь, в засушливые маловодные годы. К концу Н()-х годов водозабор здесь превысил водные ресурсы уже на 25%.

Темпы увеличения водозабора почти повсеместно превышали темпы роста площадей орошаемых земель. Наиболее отчетливо это проявилось в бассейнах рек оз. Иссык-Куль, Куры и Или. Отмечается постепенное увеличение и удельной водопо-. дачи .Этот показатель в бассейне Арала возрастал примерно до начала 80-х годов, потом наметился его спад, который, по-видимому, явился результатом осуществления в этом регионе мероприятий по улучшению системы водопользования в орошаемом земледелии.

Величины площадей орошаемых земель и характер их изменений находятся в зависимости от физико-географических и социально-экономических условий, складывающихся в исследуемых бассейнах (табл. 2). Устойчивый рост площадей орошаемых земель в них прослеживался с начала текущего столетия, но был прерван разрушительными последствиями гражданской войны.

Таблица 2.

Площади орошаемых земель в различные годы (млн га).

Бассейн реки или озера Площади орошаемых земель Профилирующие сельскохозяйственные культуры

Начало XX в. 1960-е годы 1980-е годы

Балхаш 0,12 0,35 0,56 Кормовые, зерновые

Иссык-Куль 0,06 0,14 0,16 Кормовые, зерновые, овоще-бахчевые

Чу 0,12 0,32 0,48 Кормовые, технические, зерновые

Талас* 0,03 0,094 0,10 Зерновые, кормовые

Арал 2,40 3,52 6,16 хлопок, кормовые

Кура 0,40 1,06 1.77 зерновые, виноград, кормовые, хлопок

Примечание: * — в пределах Киргизии,

Довоенный уровень орошения удалось достигнуть в середине 20-х годов, продолжающееся затем увеличение площадей орошаемых земель несколько замедлилось лишь в период 1941-1945 гг. Наиболее заметное развитие орошение получило с начала 60-х годов в связи с осуществлением крупномасштабной государственной про-¡раммы по мелиорации засушливых земель. При этом самый заметный прирост поливного фонда произошел в бассейнах рек Аральского моря и р. Куры. Наименьшие изменения в орошении за 1961-1990 гг. прослеживаются в Иссык-Кульской котловине и долине р. Талас.

Для ряда речных бассейнов оказалось весьма характерным то, что в начале XX в., исходя из технических и материальных возможностей того времени, орошение земель базировалось, главным образом, на стоке притоков. Поэтому поверхностные воды последних уже давно не достигали ствола основной реки. Наиболее показательными в этом отношении были бассейны рек Сырдарьи и Или. Так, водой непосредственно из Сырдарьи тогда орошалось всего 3% всех земель этого бассейна, из рек Или и Таласа — 3-5%, из р. Чу — 17%. Иная картина наблюдалась в те годы в бассейнах Амударьи и Куры, где водами этих рек орошались соответственно 43 и 45% всех поливных земель.

С начала 60-х годов приращение поливного фонда стало происходить, главным образом, за счет использования стока основных водных артерий. В Чуйской долине в 70-е годы 47% всех орошаемых земель поливалось уже непосредственно из р.Чу, во-дообеспечение остальной части осуществлялось из ее притоков и других источников 17, 31]. В современных условиях основные массивы орошения Аральского бассейна обеспечиваются водой из русел рек Амударьи и Сырдарьи, особенно и среднем и нижнем их течении. В Или-Балхашском и Таласском бассейнах приращение поливного фонда осущестшвшось преимущественно за счет стока притоков. Доля орошаемых земель, поливаемых непосредственно из рек Или и Таласа, в 80-е годы не превышала 10%.

Наряду с ростом площадей орошаемых земель произошли заметные изменения и и структуре возделываемых сельскохозяйственных культур. Если раньше почти повсеместно преобладали посевы зерновых культур (60-80%), то в настоящее время ведущее место занимают кормовые травы и технические культуры. В бассейне Аральского моря к концу 80-х годов доля зерновых культур снизилась до 15-20%, а посевов хлопчатника возросла с 25 до 50 и более процентов. Вместе с тем в бассейне р. Куры нельзя отметить сколько-нибудь ощутимых изменений в структуре посевов. В табл.2 приведены сведения, характеризующие современную структуру посевов. К профилирующим культурам здесь отнесены те их виды, суммарная площадь которых составляет 70% и более всей площади сельскохозяйственных культур, выращиваемых на орошаемых землях.

Таким образом, особенности динамики и размещения поливных земель относительно источников орошения, установленные тенденции в изменении структуры посевов (от менее водоемких к более влаголюбивым) наложили свой отпечаток на характер и интенсивность процессов трансформации стока исследуемых рек.

3. БЕЗВОЗВРАТНОЕ ВОДОПОТРЕКШЕНИЕ И ВОЗВРАТНЫЕ ВОДЫ С ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

Орошение является существенным источником дополнительного поступления влаги на поверхность бассейна, что приводит к коренным изменениям структуры его водного баланса. Эти изменения заключаются, главным образом, в увеличении испарения (безвозвратного водопотребления) с орошаемых земель и формировании возвратных вод. Первый процесс обуславливает уменьшение водности рек, а второй способствует частичному пополнению стока.

В связи с этим вопросы оценки безвозвратною водопотребления и возвратных вод всегда имели важное значение при исследованиях изменений стока водотоков (источников орошения), разработки современных и перспективных водохозяйственных балансов, для обоснования мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов в зоне орошаемого земледелия.

В исследованиях автора проблемы формирования и оценки безвозвратного водопотребления и возвратных вод решались путем использования воднобалансовых методов. Практическое их применение потребовало соответствующей информационной базы, в основу которой были положены материалы экспедиционных наблюдений за элементами водного, теплового и солевого балансов мелиорируемых земель. Принципиальной особенностью экспедиционных работ в зоне использования стока стало совместное изучении водного баланса мелиорируемых территорий и руслового водного баланса рек.

Основные положения методики полевых воднобалансовых исследований на орошаемых землях заключались в следующем:

• осуществлении наблюдений на более типичных по природным условиям участках;

• одновременном изучении агрометеорологических, гидрологических, гидрогеологических, почвенных и других характеристик по единой программе;

• территориальном объединении основных видов наблюдений в пределах орошаемого поля, массива и орошаемой системы в целом.

Указанные подходы были разработаны и реализованы автором при проведении воднобалансовых работ в бассейнах рек Чу и Талас (1972-75 гг.), Сырдарьи (1976-79 гг.), оз. Балхаш <1чхм-83 п .). Последние позволили получить не только уникальный фактический материал о подлом Гкш.чисс орошаемых земель бассейнов, но и послужили отправным фундаментом дни последующих теорегических разработок.

В научных разработках автора получил свое дальнейшее развитие водиобалапсо-ный метод оценки безвозвратного водопотребления и возвратных вод, предложенный С.И. Харчснко и Г.П. Левченко. В процессе его усовершенствования были созданы технологические схемы определения зтих характеристик для производства массовых инженерных расчетов как при наличии, так и недостаточности исходной информации. Одним из основных моментов таких схем является разработка методики по сбору, анализу и обобщению сведений, касающихся развития, состояния орошаемых земель и условий подачи оросительных вод на них.

Полученные с единых методических позиций величины годовых объемов безвозвратного водопотребления и возвратных вод позволили установить закономерности их формирования и изменчивости в зависимости от физико-географических условий рассматриваемых бассейнов и особенностей развития ирригации. Анализ структуры затрат речного стока на орошение предоставил возможность оценить их непродуктивную часть и тем самым наметить пути более экономного расходования поверхностных вод. Величины безвозвратного водопотребления и возвратных вод были широко использованы при прогнозных оценках изменения стока, исходя из учета различных сценариев развития мелиоративного строительства и вероятных колебаний водности рек. Ниже излагаются основные положения методики по оценке рассматриваемых характеристик стока и анализ результатов их расчета [11, 12, 14, 15, 23, 28].

В соответствии с [14] выделяются две категории безвозвратного водопотребления: нетто (УУ0) и брутто (№бр). Первая из них формируется на фактически политых землях (РфПз) и определяется по разности между испарением с орошаемых полей (Еор) и атмосферными осадками (ХпР), расходуемыми на испарение, т.е.: (Еор - Х„р) ¥;рпЗ ( ^ )

Испарение с орошаемых земель оценивалось с помощью гепловоднобалансового (ТВВ) метода разработанного в ГГИ С.И. Харченко. Согласно этой методике величины Еор определялись в зависимости от испаряемости, фазы развития растений, агро-I идрологических характеристик и влагозапасов почво-грунтов, оросительных (поливных) норм, глубины залегания грунтовых вод,

Безвозвратное водопотребление-брутто представляет собой суммарные затраты стока на орошение, которые помимо включают в себя его потери на испарение (Р) в перелогах, транзитной зоне и бессточных понижениях. Испарение с перелогов и транзитной зоны определяется с учетом характера растительности и глубины залегапия ¡рунтовых вод. Разность - W0) следует расценивать как непроизводительные потери стока, и, к связи с этим, они являются резервом при хозяйственном использовании последнего.

По данным о водозаборе (Овэ) и безвозвратном водопотреблении (\М0), с учетом изменения запасов грунтовых вод (Ди), рассчитывается сток оросительных вод (у0) с фактически политых земель:

Уо - Ои - Мо + Ди (2)

При сработке запасов грунтовых вод значения у0 возрастают, а при их увеличении — снижаются.

Опыт практических расчетов показал, что количественные характеристики А11, как правило, оказываются незначительными, и ими можно пренебречь для оросительных систем, действующих длительное время [11, 16, 23]. Однако учет изменений запасов грунтовых вод будет необходим на начальном этапе освоения под орошение территорий с затрудненным подземным оттоком и слаборазвитой коллекторно-дренажной сетью. В таких условиях часть сформировавшегося стока оросительных вод пойдет на пополнение запасов грунтовых вод, увеличив тем самым потери речного стока. Последнее обстоятельство наглядно проявилось при орошении земель в Голодной степи, низовьях Амударьи и ряде других районов.

Сток оросительных вод, уменьшенный на величину потерь в перелогах, транзитной зоне и бессточных понижениях (ирригационно-сбросных озерах), равен стоку возвратных вод (ув) ув - Уо - Р, или уа = Овз " \Мбр (3)

Таким образом, возвратные воды представляют собой ту часть у0, которая поверхностным и подземным путем достигает гидрографической сети бассейна.

Расчеты испарения осуществлялись помесячно, а затем итоги суммировались за год. Оценки величин у0 и ув производились только за годовые интервалы времени.

Изложенная выше схема формирования и расчета безвозвратного водопотребле-ния и возвратных вод требует большого объема соответствующей информации: метеорологических и агрометеорологических данных по орошаемым землям и прилегающим к ним участкам, сведений о водозаборе, динамике площадей орошаемых земель и составе возделываемых сельскохозяйственных культур, гидрогеологические, картографические материалы.

С. лой целью ;п'м>|)и\' .млн разработаны методические приемы по сбору и иод-готовке к 'расчоам необходим!,IX сведений. Они заключались в оценке фактически политых земель (нетто) и земель с оросительной сетью (брутто), структуры посевов, размещения орошаемых массивов относительно принятых в расчет гидрологических створов. При подготовке данных о водозаборе особое внимание обращалось на специфику расчета иодопотребления как с целью исключения его двойного учета (в случае иереброски воды по магистральным каналам от одного участка бассейна к другому), так и использования на другие хозяйственные нужды. Расчетам стока ув в обязательном порядке предшествовало детальное изучение условий водоотведения сформировавшегося на поливных землях стока оросительных вод.

Практическое применение указанной схемы расчета безвозвратного водопотреб-исния и возвратных вод позволило предложить более генерализованные способы расчетов этих характеристик для оперативных или1 экспертных оценок. В частности, для определения объемов \М0 разработаны подходы, основанные на учете средних многолетних величин суммарного испарения и осадков, или удельных значений \Л?0/Рфпз. Вместе с тем, за длительный период времени такими приемами производить расчеты не рекомендуется. Это связано не только с необходимостью учета колебаний условий погоды, но и с возможным изменением состава возделываемых сельскохозяйственных культур.

Для приближенной оценки Ув рекомендуется использование данных гидрометрических наблюдений за стоком реки в створе, замыкающем орошаемую зону бассейна, водными ресурсами и водозабором на орошение. Применение этого подхода ограничивается следующими условиями: хозяйственная деятельность в бассейне должна быть представлена преимущественно орошаемым земледелием, отсутствием подземного водообмена с соседними участками (водосборами). Были предложены приемы по косвенной оценке внутригодового стока возвратных вод, основанные на аналогии с распределением в году измеренных значений коллекторно-дренажных вод или выклинивания грунтовых вод, рассчитанных с использованием методики руслового водного баланса [14].

Таким образом, на основе разработанных методических положений, собранной и специально подготовленной информации были получены многолетние ряды (от 20 до 50 лет), содержащие годовые величины безвозвратного водопотребления и возвратных вод с орошаемых земель Средней Азии и Закавказья (табл. 3).

1 Рассчитанные значения Ш0, ШбР, у0 и ув позволили вскрыть ряд обидах закономерностей и формировании и изменении этих характеристик как во времени, так и по территории в шписнмосш от природных условий исследуемых бассейнов [15, 23, 27].

Таблица 3.

Безвозвратное водопотребление и возвратные воды с орошаемых земель (км3/год)

Бассейн Период Площадь Водозабор Безвозвратное Непродуктив- Возвратные воды реки фактически на водопотребление ные затраты или озера политых орошение, стока, земель, гг. Р. <2вэ WШI км3/год %0»з

Балхаш 1961-82 0,44 5,26 1,83 4.44 2,61 0,

Иссык-Куль 1959-83 0,15 1,02 0,41 0,42 0,01 0,61*

Чу 1941-75 0,32 3,24 1,82 2,02 0,20 1,

1976-85 0,48 4,00 2,52 2,56 0,04 1,

Талас 1941-75 0,08 0,58 0,36 0,36 0,

1976-85 0,09 0,71 0,46 0,46 - 0,

Сырдарья 1961-75 2,17 35,5 16,5 22,9 6,40 12,6 35 •

1981-90 3,05 42,6 23,5 29,9 6,40 12,

Амударья 1961-75 1,83 38,4 17,8 27,7 9,90 10,

1981-90 3,11 55,3 30,7 43,0 12,3 12,

Кура 1951-60 1,06 6,40 4,90 6,00 1,10 0,

1981-90 1,77 14.4 8,70 9,60 0,90 2,

Примечание: * — вместо у„ помещены величины у

При анализе безвозвратного иодопотребления-нетто принималось во внимание наличие вертикальной зональности (поясности) физико-географических и климатических условий исследуемых территорий и, в частности, внутри годового распределения осадков. Годовые значения безвозвратного водопотребления рассматривались в виде удельных его характеристик Vfoíftpm, что позволило исключить влияние ежегодных изменений площадей фактически политых земель [28].

Наибольшие величины Wo/Fcpna отмечены на орошаемых массивах, расположенных в засушливых пустынных районах бассейна Аральского моря (720-960 мм). Здесь возделывают и весьма водоемкие культуры: хлопок, рис и кормовые травы. По мере увеличения высоты местности величины безвозвратного водопотребления закономерно снижаются, достигая наименьших значений в котловине высокогорного озера Иссык-Куль (280 мм). Выращивание в этом районе менее водоемких культур (зерновых) также способствовало снижению W0/FфП3.

Межгодовая изменчивость безвозвратного водопотребления также изменяется с высотой местности. Так, например, изменчивость последнего на равнинных пространствах бассейнов Амударьи и Сырдарьи имеет самые низкие значения коэффициента вариации, где Cv колеблются в пределах 0.04-0.06. Вызвано это тем, что формирование удельных величин WQ происходит здесь под воздействием устойчивых высоких температур воздуха. Количество осадков, выпадающих в течение теплого периода, составляет не более 30% их годовой суммы. В Иссык-Кульской котловине, где осадки выпадают преимущественно летом (не менее 70% годовой суммы), Cv безвозвратного водопотребления возрастает по сравнению с аналогичной величиной на равнине почти в 4 раза. Значения коэффициентов вариации Wo/Рфлз в других бассейнах занимают промежуточное положение между упомянутыми выше.

Оценить влияние изменения структуры посевов на межгодовую изменчивость значений Wo/Рфпз оказалось весьма затруднительно из-за постепенного и достаточно медленного изменения в пределах орошаемых массивов состава возделываемых культур на протяжении принятых в расчет периодов. В целом во всех бассейнах наблюдается рост величин W0/Fq3n3: за 20-25 лет на 3-7%, за 40 и более лет — свыше 20% (бассейн р. Куры).

В ряде бассейнов прослеживается наличие зависимостей W0 = f (F

При водохозяйственном планировании или проектировании важно знать характер изменчивости безвозвратного водопотребления в годы различной водности. Особое значение этот вопрос приобретает дш горных районов, где условия погоды в зоне формирования стока могут отличатбея от условий в зоне его использования. С этой целью был выполнен совместный анализ расчетных значений Wo/FфTO с наблюденными данными по испарению (испаряемости), осадкам и стоку зоны формирования (водным ресурсам) отдельных ирригационных районов Средней Азии и Закавказья [28].

Разность между испаряемостью Е0 и осадками X характеризует засушливость территорий и поэтому она была принята в качестве индекса сухости. Испаряемость определялась по данным материалов наблюдений за испарением с воды. Для удобства анализа исследуемые характеристики (Ш0/РфПЗ, Е0-Х, были представлены в виде нормированных аномалий (последние рассчитывались по отношению к средним квадратическим отклонениям рассматриваемых элементов), годовые значения которых осреднялись по скользящим пятилеткам. С целью выявления общего характера связи между значениями Ес-Х, был построен совмещенный график связи этих параметров (рис. 1).

Из анализа данного графика следует, что безвозвратное водопотребление прямо пропорционально условиям засушливости года. Водные ресурсы, как правило, оказывают обратное влияние. Таким образом, в горных районах, также как и на равнине, годовые значения Ш0/РфПЗ находятся в обратной зависимости от водных ресурсов.

Детальное рассмотрение временного хода величин стока зоны формирования и безвозвратного водопотребления в [28] показало, что в многоводные годы последнее заметно меньше, чем в маловодные для бассейнов рек Или, Куры и оз. Иссык-Куль. На территории бассейнов Амударьи и Сырдарьи колебания Wo/Fфnз в годы различной водности оказались весьма незначительными.

Выполненный анализ позволил сделать ряд важных выводов. Для оценки прогнозных изменений водности рек при норме стока зоны формирования можно использовать средние величины М0/РфПз и У/3.

-2 0 2 А(Ев.ж)

Рис. 1. Совмещенный график связи нормированных аномалий безвозвратного удельного водопотребления на орошение Аууолфю и водных ресурсов Ау

Использование в анализе безвозвратного водопотребления-брутто нередко приводит к прямо противоположному выводу. Так в бассейне Сырдарьи оказалось, .что объемы ^бр и водных ресурсов находятся между собой в прямо пропорциональной зависимости. Указанное положение обусловлено наличием существенных непродуктивных затрат стока, формирование которых связано с величиной водозабора, возрастающего в многоводные годы и снижающегося в засушливые. С учетом непродуктивных затрат стока на испарение с перелогов, транзитной зоны и др. суммарные его . потери ири орошении увеличиваются (по сравнению с до 80 и более процентов ;;от водозабора (табл. 3).

Для структуры Ш„„ в бассейне Аральского моря характерной чертой является весьма заметный вклад испарения с ирригационно-сбросных озер, который в 19611980 п. составил 75-80% суммарного объема непродуктивных затрат стока. Наи

О оЧ,. > У / ; • меньший величины непродуктивного водопотребления прослеживаются на орошаемых землях Иссык-Кульской котловины и Таласской долины. Связано это как с небольшими размерами самих перелогов, так и с преобладанием здесь участков с глубоким залеганием грунтовых вод,. что препятствует формированию сколько-нибудь значительных объемов-УУНп- По мере освоения переложных и транзитных участков вполне закономерно отмечается тенденция к сокращению величин непродуктивных затрат стока. В орошаемой зоне бассейна Аральского моря последнее стало наблюдаться только после 1980-х годов.

Крайней пестротой отличаются величины возвратных вод (табл. 3). Например, в Иссык-Кульской котловине возвратных вод не образуется совсем. Сформировавшийся здесь сток оросительных вод (в размере 60% от Оаз) не попадает обратно в реки, а достигает озера подземным путем. Наибольшие значения ув (в % от 0В1) наблюдаются в бассейнах рек Чу и Талас.

В пределах отдельных частей территории зоны использования стока образование возвратных вод происходит также неодинаково [19, 23, 27]. В верхних ее частях отмечается значительный процент поступления ув в русла рек (40-50% водоподачи), что связано с высокой дренированностыо, а следовательно, и с хорошим оттоком грунтовых вод. В свою очередь, глубокое их залегание препятствует потерям оросительным вод на испарение. В средней части зоны использования стока дренированность этой территории снижается вследствие выполаживания речных долин, уменьшения вреза русел и их уклона. Условия подземного стока ухудшаются также в связи с преобладанием мелкозернистых пород, слагающих водоносные горизонты. Здесь возвратные воды составляют 30% и ниже. В низовьях Амударьи и Сырдарьи из-за отвода части стока оросительных вод в пустыню величина возвратных вод снижается до 10 и менее процентов. В низовьях Куры эта величина составляет всего лишь 3% от водозабора на орошение, т.к. развитой здесь коллекторно-дренажной сетью, часть стока оросительных вод перебрасывается непосредственно в Каспийское море [27].

В связи с ростом орошаемых площадей и водозабора в рассматриваемых бассейнах отмечается увеличение возвратных вод за принятые в расчет периоды. Установлено также наличие зависимостей Ув = ^ (Овз)> указывающих на то, что колебания величин у8 определяются в основном водозабором, и поэтому их изменения также пропорциональны изменениям водозабора.

Образование в значительных объемах стока антропогенного происхождения внесло заметные изменения в структуру речных вод. Так, с 80-х годов сток в низовьях Амударьи и Сырдарьи, Чу почти целиком состоит из возвратных вод, что самым негативным образом отражается на качественных его показателях. Приток поверхностных вод из бассейна Куры в Каспийское море более чем на 40% обеспечивается за счет коллекторпо-дренажпого стока и возвратных вод. Поверхностный сток а оз. Иссык-Куль уже в начале 80-х годов примерно на 30% состоял из вод ирригационного происхождения.'Объемы суммарных потерь поверхностных вод на орошение и особенности формирования возвратных вод в значительной степени предопределили процессы антропогенных изменений годового стока исследуемых рек.

Помимо потерь стока в орошаемом земледелии в ряде бассейнов определялись его затраты и для других видов хозяйственной деятельности: теплоэнергетики, промышленности, коммунально-бытовых нужд [19, 21, 27]. Расчеты упомянутых характеристик выполнялись на основе опубликованных и архивных сведений о фактических водозаборах и принятых в отдельных отраслях нормативов безвозвратного водо-потребления и водоотведения. При оценке потерь стока, связанных с эксплуатацией водохранилищ, основное внимание уделялось определению испарения с открытой водной поверхности при установившемся режиме их функционирования. Разработанная с этой1 целью методика расчета испарения базировалась на использовании материалов режимных наблюдений водно-испарительных станций [20],

4. АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГОДОВОГО СТОКА

Антропогенные изменения водности рек в бассейнах Сентралыюй Азии и Закавказья обусловлены, главным образом, влиянием орошения, история развития которого насчитывает здесь не одно тысячелетие. Поэтому и сток в этих бассейнах также издавна находился под воздействием поливного земледелия. Так, например, имеющиеся археологические данные свидетельствуют, что еще во 2-ом тысячелетии до н.э. именно благодаря влиянию ирригации воды р. Зеравшан перестали поступать в Амударью. В конце XIX и начале XX веков в ряде рассматриваемых бассейнов в первую очередь оказался нарушенным сток притоков, вследствие чего они (в Илийской, Чуйской и Ферганской долинах) утратили связь с основными водными артериями. Таким образом к моменту организации гидрометрических наблюдений на главных реках, водность их уже в то время была искажена влиянием хозяйственной деятельности.

К проблеме оценки влияния орошения на сток стали обращаться в начале 20-годов текущего столетия, когда разрабатывались планы восстановления разрушенного в годы гражданской войны ирригационного хозяйства и намечались перспективы возможного расширения поливного земледелия. Тогда считалось, что планируемое развитие орошения может повлечь за собой заметное уменьшение стока, особенно в нижнем течении рек. Длительное отсутствие предполагаемого снижения водности, несмотря на существенный рост площадей орошаемых земель, явилось причиной возникновения острой дискуссии по вопросу влияния орошения на сток и, следовательно, необходимости учитывать его при дальнейшем планировании мелиоративного строительства.

Так, еще совсем недавно существовало мнение (Дунин-Барковский A.B., Салопов A.B., Юнусов Г.Р.), что орошение не оказывает влияния на сток. Вместе с тем в работах Аткарской Т.Н., Кузнецова Н.Т., Рубиновой Ф.Э., Харченко С.Й., Шиклома-нова И.А и др. указывалось на значительные изменения водности рек в бассейнах с развитым орошением, с которыми следовало считаться уже на современном этапе мелиоративного строительства. Наличие различных точек зрения по рассматриваемой проблеме свидетельствовало как о большой сложности последней и недостаточной ее изученности, так и об отсутствии в должном объеме необходимой информации.

Дискуссия по данному вопросу, проходившая в 60-70 годы, послужила дополнительным стимулом к организации и проведению экспериментальных и теоретических исследований в этой области, в том числе и. с участием автора предлагаемого доклада. Эти разработки имели своей главной задачей оценить происшедшие антропогенные изменения водности рек и на этой основе (с учетом предполагаемого развития хозяйственной деятельности) рассчитать ожидаемые величины стока в перспективе с тем, чтобы заранее предвидеть к каким последствиям может привести планируемое водопользование, в том числе и орошение.

С этой целью была разработана и внедрена в практику гидрологических расчетов методика по определению изменения годового стока под влиянием антропогенных и естественных факторов. В исследованиях автора, в отличие от предыдущих разработок, получили широкое развитие воднобалансовые методы оценки антропогенных изменений стока, основанные на непосредственном определении безвозвратного водопотребления и возвратных вод, в особенности при прогнозных расчетах. Оценки антропогенных изменений стока опирались на результаты изучения исторического хода развития орошаемого земледелия, различных форм воздействия ирригации на водность рек, факторов определивших продолжительность условно-естественного периода, процессов обусловивших переход от условно-естественного гидрологического режима рек к искаженному влиянием хозяйственной деятельности.

Исследование влияния орошения на сток разделяется на два этапа: оценку современных изменений стока и прогноз изменения водности рек на перспективу. Остановимся вначале на методике оценки происшедших изменений стока (Ауа), которые определялись по соотношению:

Ауа = Уест - Убыт, (4) где: Уест — естественный или восстановленный сток в расчетном створе, убыт — наблюденный сток в этом же створе. Под значением уеСт понимается такая величина расхода воды, которая имела бы место, в случае отсутствия воздействия хозяйственной деятельности.

Наибольшие затруднения возникают при определении или восстановлении естественной) стока рек. Связано это с тем, что в исследуемых бассейнах период гидрометрических наблюдений весьма ограничен (по сравнению со временем существования орошаемого земледелия) и это полностью исключает возможность определения естественной водности рек. Поэтому в практике гидрологических расчетов оценки антропогенных изменений стока обычно осуществляются по отношению к стоку за так называемый условно-естественный период, на протяжении которого, несмотря на развитие орошения, воздействие последнего на водность рек было несущественным.

Для оценки стока за условно-естественный период и последующих антропогенных его изменений применялись два метода: анализ многолетних рядов стока и вод-нобалансовый [12, 13, 19, 21, 22]. Первый методический подход основан на сравнении величин расходов воды за синхронные периоды времени в створах, находящихся в зоне использования стока, и водностью рек в зоне его формирования. Преимущество его заключается в использовании достаточно надежных гидрометрических наблюдений. Однако он не даст дифференцированной оценки воздействия на сток различных видов хозяйственной деятельности и далеко не всегда может быть использован для прогноза изменения водности на перспективу.

При анализе стоковых рядов применяются различные технологические приемы: построение корреляционных зависимостей, интегральных кривых стока, дополненных данными по температуре воздуха и осадкам, характеризующим условия питания исследуемых рек.

Наибольшее распространение при расчетах условно-естественного стока и антропогенных изменений последнего получили графики связи вида у„ = f (W3^.) [8]. Как правило на таких графиках просматривалось несколько зависимостей (пример одной из них приведен на рис. 2). По одной зависимости I оценивается продолжительность условно-естественного период, и соответствующее ему среднее многолетнее значение стока у„ . Разность расчетных значений ун, полученных по зависимости I (период ус-лошю-естественного стока) и II (период ощутимого влияния антропогенных факторов) представляет собой величину, характеризующую его изменения под влиянием хозяйственной деятельности (Дуа), т.к. данные о расходах воды по обеим зависимостям оцениваются при одних и тех же величинах стока зоны формирования.

Рис.2. График зависимости уи = f (\№зф) годового стока для Амударъи у кишлака Чатлы. I — условно-естественный период; II — современный период; цифры около точек — год наблюдений.

Изменения стока, определенные по рассмотренным графикам связи у„ = f (ЧЛ^.ф.) и по абсолютному изменению водности реки (Аус) позволяют получить, количественные оценки влияния естественных (климатических) факторов

АУс = Ауа + Ауест, или Дуест = Аус - Дуа (5)

Воднобалансовый метод оценки изменения стока базируется на определении безвозвратного водопотребления в различных сферах хозяйственной деятельности, а также естественных потерь речного стока, поскольку от соотношения этих составляющих затрат речных вод во многом зависят и процессы изменения стока. Преимущество воднобалансовой методики перед методом анализа стоковых рядов, состоит в возможности ее использования дяя расчетов изменения стока на перспективу. Вместе с тем, применение этого подхода даже в современных условиях оказалось весьма ограниченным из-за отсутствия в необходимом объеме исходной информации.

По этой причине использовать воднобалансовый метод для непосредственной оценки условно-естественного стока не представляется возможным не столько вследствие трудности расчета антропогенных затрат поверхностных вод за отдаленную ретроспективу, сколько из-за невозможности надежного определения величин естественных потерь речного стока. Последние складывались из испарения с водной поверхности рек, водоемов и паводочных разливов, дикорастущей влаголюбивой растительности, фильтрации речных вод в дно и берега. Отсутствие требуемых данных привело к тому, что естественные потери стока рассчитывались косвенным путем, исходя из учета суммарных затрат стока и безвозвратного водопотребления в хозяйственной сфере. Тем не менее и эти, нередко приближенные сведения, помогли в целом оценить тенденции в динамике антропогенных и естественных потерь стока, более полно представить характер преобразования водности рек.

Поэтому на начальной стадии изучения проблемы антропогенных изменений стока использовались преимущественно методы анализа стоковых рядов. В последующем, по мерс накопления необходимой информации, постепенно стали внедряться и воднобалансовые методы, которые позволили сопоставить результаты расчетов, полученных с использованием гидрометрических рядов и воднобалансовым путем за период интенсивного антропогенного изменения стока [19, 27]. Этому же способствовало и то обстоятельство, что косвенные методы определения естественных потерь стока стали сменяться прямыми способами их оценки. Достигнуть этого удалось благодаря широкому использованию результатов дешифрирования аэрокосмической информации, разработке или усовершенствованию методов расчета испарения с различных видов естественных угодий [20, 25, 29].

При исследовании и расчетах изменений годовых величин стока целесообразно применять параллельно две группы методов. Такой прием обеспечивает надежную оценку происшедших изменений стока и одновременно позволяет уточнить расчетные значения компонентов, входящих в балансовое уравнение, которое используется для определения прогнозных изменений водности рек под влиянием хозяйственной деятельности.

Для рек с преобразованным гидрологическим режимом, где наметилось антропогенное уменьшение их водности, прогнозная оценка дальнейшего изменения стока (уп) производилась но данным о стоке зоны формирования и ожидаемому безвозвратному нодопотрсблснию на орошение (Еа) [11, 15, 19, 21].

Уп - - Еа (6)

В зависимости от сложившейся структуры водопользования в величину Еа, помимо безвозвратного водопотребления на орошение могут входить потери на испарение с водохранилищ, водонотребление в промышленности и коммунальном хозяйстве, переброски стока и др. Прогнозные оценки осуществлялись как для средних многолетних значений У/3.ф., так и для их различных обеспеченных величин с соответствующими изменениями отдельных составляющих Е0. При производстве таких расчетов учитывалось не только современное состояние водопользования, но и определялись ожидаемые значения стока в случае внедрения водосберегающих мероприятий [9, 13, 19, 27].

Для экспертных или предварительных оценок изменений водности под преимущественным влиянием орошаемого земледелия можно использовать способ экстраполяции на перспективу выявленной тенденции изменения стока:

Уп = Ун-5уд'АРор, (7) где: ун — сток в створе, на современном этапе (существующее положение); Эуд — удельное снижение водности рек, отнесенное к определенным значениям орошаемых площадей; ДРор — проектное приращение орошаемых земель к существующему уровню. Приближенность расчета заключается в том, что изменение стока ставится в зависимость только от величин ДРор, т.е. без учета роста КПД оросительных систем, внедрения рациональных режимов орошения и т.п.

Несмотря на заметное увеличение площадей орошаемых земель за период инструментальных наблюдений за стоком рассматриваемых рек, изменение водности последних стало заметным сравнительно недавно. Длительное отсутствие ощутимого влияния развития ирригации было обусловлено наличием так называемых компенсационных факторов.

К их числу относятся:

• замещение имевших место естественных потерь стока антропогенными;

• строительство коллекторно-дренажной сети, обеспечивающей сброс в реки многовековых запасов подземных или возвратных вод;

• характер расположения и расширения площадей поливных земель относительно рек-источников орошения на различных этапах мелиоративного строительства.

Наряду с влиянием компенсационных факторов антропогенного происхождения аналогичное влияние на изменения стока могут оказывать и колебания естественной водности рек. Совместное воздействие всей совокупности. компенсационных факторов не позволяет выделить какой-либо один из них в. качестве'основного достаточно затруднительно. Так, например, если изменения стока в. бассейне р. Куры были обнаружены при примерном равенстве величин антропогенных (Е0) и естественных (Ее) затрат стока, го на Амударьс и Сырдарье — при существенном превышении безвозвратного водоиотреблсния над естественными потерями речных вод.

Отмеченные обстоятельства, наряду с природными особенностями исследуемых бассейнов, обусловили значительную пестроту в процессах антропогенного преобразования стока, которая отразилась как на продолжительности условно-естественного периода, так и непосредственно на величинах и темпах изменения водности рек (табл. 4).

Таблица 4.

Антропогенные изменения годового стока в нижнем течении рек

Бассейн Окончание Средний го- Расчетный Изменение реки условно- довой сток период стока в % или озера естсственного за условно- к условнопериода, естественный естественному год период

Или 1969 14,2 1970

Каратал, Аксу и др. 1961 3,25 1970

Чу 1975 1.89 1976

Талас 1963 0,88 1964

1975

Сырдарья 1960 15,0 1961

1981

Амударья 1960 47,0 1961

1981

Кура 1952 18,9 1953-60 И

1981

Самое раннее окончание условно-естественного периода относится к началу 50-х годок па р. Куре, а наиболее позднее на р. Или — к 1969г. На большинстве остальных водотоков оно пришлось примерно на начало 60-х годов, когда начал прослеживаться чаметный рост площадей орошаемых земель.

Надо отмстить, что даже в пределах одной) бассейна (относительно отдельных створов) продолжительность условно-естественного периода может быть неодинаковой. Так, в верховьях Чуйской долины, благодаря вводу крупного магистрального канала (ЗБЧК), водность реки стала -заметно уменьшаться уже со второй половины 40-х годов, в то время как изменение стока р. Чу в среднем и нижнем ее течении стало прослеживаться только спустя несколько десятилетий [7, 21, 31].

Как показали выполненные исследования [19], окончание условно-естественного периода наступает тогда, когда при увеличении потерь речного стока антропогенного происхождения перестает сказываться суммарный эффект компенсационных факторов. Нарушение сложившегося (до определенного времени) равновесия между безвозвратным водопотреблением в сфере хозяйственной деятельности и компенсационным воздействием указанных выше факторов происходит либо при постепенном увеличении объемов Еа, либо резком росте антропогенных затрат стока в случае ввода в эксплуатацию водохранилищ или крупных оросительных каналов.

Антропогенному изменению годового стока нередко предшествовало преобразование его внутригодового распределения. Оно заключалось в уменьшении стока за период вегетации вследствие водозабора на орошение и увеличения за невегетационный период из-за поступления возвратных вод. Отмеченное изменение гидрологического режима в течение ряда лет сдерживало уменьшение средних годовых характеристик расходов воды. Однако, когда снижение стока в летний период переставало компенсироваться ростом его величины в течение осенне-зимнего промежутка времени, антропогенное воздействие на годовые величины стока становилось заметным [19, 21].

Изменения стока проявились сильнее там, где поступления возвратных вод меньше всего (наряду с другими факторами) компенсировали безвозвратное водопотребление. Поэтому наименьшие изменения водности отмечались, как правило, в верхнем течении рек, где величины возвратных вод весьма значительны, а наибольшие — в низовьях, характеризующихся, как было показано выше, малыми значениями у. [8, 19, 23].

Самые существенные антропогенные изменения годового стока были установлены после 1960 года в бассейне Аральского моря, где под влиянием орошения и сопутствующего ему комплекса гидротехнических факторов водность Амударьи и Сыр-дарьи у вершин их дельт к середине 70-х годов уменьшилась не менее чем на 25% [8, 9]. В дальнейшем антропогенное снижение стока продолжало прогрессировать, достигнув своего максимума в середине 80-х годов — свыше 80%. К 90-м годам темны снижения стока стали несколько уменьшаться. На протяжении всего 30-и летнего периода (1961-1990 гг.) вклад орошения оказался решающим — на .его долю приходилось не менее 90% суммарных антропогенных потерь речных вод. Снижение стока в низовьях Амударьи и Сырдарьи оказалось в 2-3 раза больше, чем в верхнем течеиии этих рек. В наибольшей степени влияние хозяйственной деятельности коснулось стока Сырдарьи, водные ресурсы которой примерно в 2 раза ниже водных ресурсов зоны формирования бассейна Амударьи,

Влияния хозяйственной деятельности весьма заметно сказалось и на стоке р. Чу. Несмотря на то, что первые признаки уменьшения ее водности в среднем течении были обнаружены только в середине 70-х годов, уже менее чем через 10 лет годовой сток в среднем и нижнем течении р. Чу понизился соответственно на 40 и 60%. В верховьях Чуйской долины антропогенное уменьшение водности этой реки даже превысило 70%, но, главным образом, за счет непосредственных изъятий речных вод в ряд крупных каналов.

Наименьшие изменения годового стока следует, по-видимому, ожидать на реках Иссык-Кульского бассейна. В настоящее время инструментально измеренные данные по притоку речных вод в озеро за длительный период отсутствуют, что не позволяет достаточно обоснованно судить о продолжительности условно-естественного периода и величине изменения стока в оз. Иссык-Куль в современных условиях. Тем не менее, по некоторым косвенным признакам (например, по соотношению безвозвратного водопотребления на орошение и водным ресурсам за отдельные годы) можно сделать предположение о возможном уменьшении стока в озеро за 1959-1983 гг. не более чем на 2-4%. На водотоках Или-Балхашского бассейна и Таласской долины антропогенное уменьшение годового стока за принятый в расчет период колеблется в диапазоне 20-35% (табл. 4).

На снижение стока р. Или в течение 1970-1982 гг. решающее влияние оказали затраты речных вод, связанные с эксплуатацией Капчагайского водохранилища. Последние составили около 70% суммарного прироста объема Еа за указанный промежуток времени [19]. Со второй половины 80-х годов гидроэкологическая обстановка в этом бассейне несколько улучшилась за счет наступления очередной многоводной фазы в стоке р. Или: в течение 1986-1990 гг. водность реки увеличилась по сравнению с ее стоком за предшествующую пятилетку более чем в 1.3 раза.

Снижение притока поверхностных вод р. Куры в Каспий, начавшееся в 1953 г., к концу 80-х годов составило свыше 30%. С учетом стока коллекторов суммарный приток в море уменьшился всего на 18%. В структуре антропогенных затрат стока ведущее место здесь также принадлежит орошению — около 70%. Остальные виды потерь полных ресурсов связаны с эксплуатацией водохранилищ, водопотреблением в промышленности и коммунальном хозяйстве [27].

Прогнозные оценки антропогенных изменений стока, выполненные автором, осуществлялись с использованием воднобалансовой методики, на основании которой рассчитывались перспективные величины безвозвратного водопотребления и возвратпых вол с орошаемых земель. Расчеты этих характеристик производились в нескольких вариантах при условии сохранения в будущем сложившейся экстенсивной системы водопользования, а также с учетом внедрения в практику орошаемого земледелия рациональных режимов орошения и повышения КПД оросительных систем. Необходимость сопоставления различных форм использования водных ресурсов была вызвана тем, что как показал опыт эксплуатации орошаемых земель, в рассматриваемых регионах внедрение более прогрессивной системы водопользования требует немало, времени, рост КПД происходит очень медленно и существенно отстает от плановых показателей. В связи с изложенным расчет будущих объемов безвозвратного водопо-требления, основанный на низком уровне ведения водного хозяйства, представляет собой своеобразный прогноз-предупреждение [9, 13, 18, 19, 21, 27].

Результаты выполненных расчетов показали, что, в соответствии с намечаемыми планами расширения мелиоративного строительства, все оценки свидетельствовали о снижении в перспективе стока рек — источников орошения. При сохранении в будущем существующей системы водопользования уменьшение стока предполагалось более интенсивным, чем при условии экономного и рационального использования водных ресурсов [9, 19]. В большинстве бассейнов сток рек в их низовьях будет формироваться преимущественно за счет возвратных вод. Сопоставление фактического изменения водности рек с прогнозным показало, что оно происходит, к сожалению, по варианту, обусловленному нерациональным подходом к использованию водных ресурсов [27].

Прогнозные оценки антропогенных изменений стока исходили из планов перспективного мелиоративного строительства. Поэтому отклонение показателей фактического развития орошения от планируемых обусловили несоответствие между наблюденными и прогнозными величинами водности рек. Так в рассматриваемых бассейнах в связи с прекращением роста площадей орошаемых земель (с начала 90-х годов) не произошло ожидаемого антропогенного изменения стока. Вследствие нерационального использования ресурсов поверхностных вод Амударьи и Сырдарьи снижение их стока в 80-х годах оказалось более интенсивным, чем предполагалось ранее. Кроме оценок прогнозных изменений стока в процессе производства соответствующих расчетов были получены данные о предельно возможном развитии орошаемого земледелия, соответствующем полному безвозвратному использованию имеющихся ресурсов поверхностных вод.

Однако, полученным в свое время результатам и выводам, вытекающим из предполагаемых изменений водности рек, не было оказано должного внимания, т.к. разрабатываемые в 60-80-е годы долговременные планы мелиоративного строительства исходили из концепции максимально возможного увеличения площадей орошаемых земель. Такими предостережениями либо просто пренебрегали, либо взамен приводились расчеты. доказывающие большую экономическую эффективность всемерною расширения орошаемого земледелия. Справедливости ради надо отметить, что к то время ни наукой ни практикой до конца ¡1С бьши осознаны и поняты масштабы возможных негативных последствий при экстенсивных тенденциях в развитии орошаемого земледелия, которые к тому же усугублялись крупными недостатками при проектировании и строительстве мелиоративных систем, неудовлетворительной их эксплуатацией.

Незнание пли ишориронапие отмеченных выше обстоятельств обусловили заметные нарушения к гидроэкологии многих бассейнов, а в некоторых районах эти нарушения переросли 1! экологический кризис (бассейн Арала). В сложившихся условиях возникла новая сложная водохозяйственная проблема — ликвидировать или, по крайней мере, стабилизировать возникшие опасные для природной среды диспропорции при использовании водно-земельных ресурсов на нужды ирригации.

5, ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ПОТЕРЬ СТОКА В ДЕЛЬТАХ РЕК

Антропогенные изменения водности рек в наибольшей степени сказались на гидроэкологической обстановке в их низовьях, особенно в дельтовых участках.

Как правило, дельты представляют собой бесприточные участки рек, ресурсы поверхностных вод которых состоят из транзитного (руслового) стоха, поступающею из вышерасположенных областей бассейнов и частично из водоподачи по оросительным каналам. Так, например, в дельтах Амударьи и Сырдарьи, по мере уменьшения притока речных вод к их вершинам стало заметно возрастать поступление воды по искусственной гидрографической сети.

Речной сток, поступающий в низовья Или, Амударьи, Сырдарьи и других водотоков, расположенных среди окружающих их пустынных пространств, полностью определял формирование природной среды рассматриваемых районов и их экологическое состояние. Почти ежегодные паводочные разливы способствовали образованию многочисленных озер, произрастанию различных тростниковых сообществ и дрсиссно-кустарниковой растительности. Здесь располагались нерестилища многих ценных видов пресноводных рыб, места обитания различных животных и гнездовий птиц. Поэтому дельты представляют собой не только уникальные природные объекты, но одновременно имеют важное экономическое значение для сельскохозяйственною производства, рыболовства, охоты и рекреации.

До начала антропогенного изменения водности рек дельты являлись источником существенных естественных потерь речных вод (порядка 15-25% от стока у вершин дельт), г которыми необходимо было считаться при оценках водного баланса Арала, Балхаша и Каспия. Основными видами испаряющих поверхностей здесь являлись открытая водная поверхность и различные тростниковые сообщества, причем, в первую очередь, полупогруженные. Перечисленные элементы ландшафта представляют собой деятельную поверхность дельт, динамика'Которой в целом определялась колебаниями водности рек, хотя зависимость отдельных видов ее угодий от стока оказалась неоднозначной.

Изучением гидрологии дельт Амударьи, Сырдарьи, Или занимались многие ученые и специалисты. Большой вклад в решение этой проблемы внесли Гельбух Т.М., Голубцов В.В., Жиркевич А.Н., Рогов М.М., Шульц В.Л., Юнусов Г.Р. и другие. В их работах были рассмотрены вопросы возникновения и развития дельт, строения гидрографической сети и деятельной поверхности дельтовых комплексов, количественной оценки потерь стока в них. Многие исследователи предполагали, что в связи с понижением стока следует ожидать значительного уменьшения естественных потерь речных вод в дельтах. Это должно было в определенной степени компенсировать уменьшение притока речных вод в озера и внутренние моря. Однако большинство результатов исследований относилось к периоду с естественным гидрологическим режимом рек, что затрудняло их использование в условиях антропогенных изменений стока.

В связи с этим, под руководством и при участии автора были выполнены водно-балансовые исследования дельт Амударьи, Сырдарьи, Волги и Кубани, расположенных в различных климатических зонах и характеризующихся различными антропо-шнными нагрузками как на сток в их бассейнах, так и непосредственно в пределах дельт. Методологическая основа исследований заключалась в оценке комплекса факторов (внешних и внутренних), их динамики и результирующего воздействия. К внешним факторам относятся изменение климата, величин стока, поступающих из вышерасположенных участков бассейна, уровня воды в озере или море. К внутренним — водохозяйственные мероприятия на территории дельт [29].

В отличие от предшествующих работ, выполненные исследования осуществлялись на качественно новом уровне с максимальным использованием современных средств информации — материалов дистанционных наблюдений. Были подвергнуты серьезной систематизации и обобщению не только современные и накопленные ранее данные авиа- и космических съемок, но и картографические материалы, изданные в различные годы [25, 26, 29, 30]. Широкое применение получили материалы режимных наблюдений за испарением с водной поверхности.

В основу анализа изменений потерь стока в дельтах был положен универсальный закон природы, выраженный уравнением водного баланса доя исследуемых территорий:

Щ - УЫ + \Л/, Щ Л М - 0, где: - - приток и опок поверхностных вод; Шх и Ше — осадки и суммарное испарен не деятельной поверхности дельт; АШ— изменение запасов поверхностных и подземных вод. Разность - У/0г) представляет собой потери поверхностного стока из русел рукавов и проток дельт (русловые потери) на аккумуляцию воды в озерах, тростниковых зарослях и'фильтрацию в почвогрунты.

Остановимся сначала на закономерностях формирования потерь стока в дельте р. Или, в пределах которой влияние хозяйственной деятельности оказалось незначительным [26]. Уменьшение стока р. Или после начала, заполнения Капчагайского водохранилища привело к развитию процесса опустынивания ее дельты. На первой его стадии (до 1981 г.) обсыхающие водоемы стали зарастать тростниковой растительностью, а на месте тростников стали постепенно появляться заболоченные участки. При этом размеры суходольных участков оставались относительно неизменными. После 1981 г. дельта вступила во вторую стадию обсыхания, характеризующуюся прекращением роста заболоченных участков и замещением их суходолами. . Постепенное замещение одних видов угодий другими обусловило на протяжении первой стадии обсыхания относительную неизменность суммарных потерь стока на испарение равных около 3.5 км3/год, Водопотребление различных угодий в период интенсивного снижения притока к вершине дельты осуществлялось за счет сработки многолетних запасов влага, накопившихся в ее пределах за предшествующий многоводный период и частично вследствие производства на территории дельты водохозяйственных мероприятий. Они заключались в искусственном поддержании уровня отдельных озерных систем путем возведения временных плотин, прокладки каналов и др.

И лишь во второй стадии обсыхания, когда эффект замещения отдельных компонентов деятельной поверхности и сработки накопившихся запасов влаги в дельте был исчерпан, наметилось понижение среднегодовых потерь на испарение до 3.1 км3/год в 1981-1984 гг. Таким образом, заметного уменьшения потерь стока на испарение в дельте р. Или при антропогенном снижении ее водности не произошло.

Анализ количественных значений потерь руслового стока и влаги на испарение позволил установить взаимосвязь между этими характеристиками и их вклад в формирование водного баланса дельты р. Или. Величины У/. - У/сл представляют приходную статью водного баланса, а значения Щ — ее расходную часть. В многоводную фазу потери руслового стока превышают расход воды на транспирацию (дельта обводняется), а в маловодную — расход воды на испарение больше, чем ее поступление, н лишь за полный цикл колебаний водности эти статьи баланса уравновешиваются |26|.

О характере колебаний величин руеловых потерь сгока и суммарного испарения свидетельствует совмещенный график хронологическою хода исследуемых элементов водного баланса дельты р. Или (рис. 3). Резкие изменения условий ее обводненности не сразу сказываются на формировании объемов \Л/е вследствие инерционности гидрологических и гидробиологических процессов и особенностей взаимозамещения площадей с различными растительными сообществами. Опустынивание Илийской дельты во второй половине 80-х годов приостановилось вследствие наступления очередной фазы повышенной водности р. Или.

-1-1-!1-1-м| , ,|„„., мо тз Ш 7т Ш

Рис.3. Изменение годовых объемов У^е (1) и Wв - \А/от (2) в дельте р. Или.

В отличие от дельты р. Или изменение деятельной поверхности в дельтах Амударьи и Сырдарьи, а соответственно и потерь стока в них, носили иной характер. Это было обусловлено следующими обстоятельствами:

• процессы антропогенною изменения стока здесь обозначились значительно раньше, чем па р. Или, и продолжаются в настоящее время;

• : развитие орошения в бассейне Аральского моря приняло такие размеры, что сток рек в Арал в течение ряда лет отсутствовал; на р. Или антропогенное изменение водности ненамного превысило 20%;

• в отличие от дельты р. Или на аналогичных участках Амударьи и Сырдарьи широкое развитие получило орошаемое земледелие.

Изменении обводненности дельт (приток к их вершинам за 1961-1990 гг. уменьшился в среднем в 5 раз) вызвало заметны» преобразования в их внешнем облике. Прежде всего это проявилось в значительном (на 65-75%) сокращении площадей открытой водной поверхности, влаголюбивой растительности, зарослей тугаев. Гвдроморфные почвы стали замещаться солончаковыми и пустынными.

Одновременно в обеих дельтах стал весьма заметен рост площадей орошаемых земель за счет освоения части обсохших заболоченных и суходольных участков. В 1988 г. орошение в дельте Амударьи превысило 400 тыс. га, что составило более 40% ее деятельной поверхности [24]. В связи с расширением , поливного земледелия на этих участках антропогенное их опустынивание в первой половине 80-х годов сменилось обратным явлением — антропогенным обводнением, главным образом, за счет осуществления здесь комплекса гидротехнических и водохозяйственных мероприятий: строительства плотин, перемычек, каналов, регулирования водоотведения коллекторного стока с целью улучшения условий для производства и заготовки кормов. Как свидетельствуют результаты дешифрирования снимков из космоса, вследствие указанных причин площади открытой водной поверхности, влаголюбивой растительности к концу 80-х годов в дельте Амударьи выросли не менее чем в 1.5 раза (по сравнению с уровнем 1982 г.), а в дельте Сырдарьи наметилась стабилизация или незначительный рост этих угодий.

Таким образом, развитие хозяйственной деятельности в бассейне Арала и непосредственно и пределах дельт сыграло двоякую роль в преобразовании их ландшафта. Если антропогенные факторы в течение 1961-1982 гг. способствовали процессам опустынивания дельт, то в последующем хозяйственная деятельность в их пределах обусловила частичное восстановление отдельных элементов ландшафта. Следует отметить, что прекращение опустынивания дельты Амударьи сопровождалось ростом суммарных потерь на испарение, которые заметно превысили выполненные ранее расчетные величины. В 1981-1990 гг. величины объемов потерь приблизились к аналогичным значениям, характерным для обводнешюсти дельты, близким1 к естественным, порядка 8-10 км3/год. Поскольку в дельте Сырдарьи влияние хозяйственной деятельности проявилось в меньшей степени, здесь обнаружилось снижение суммарных потерь на испарение. Тем не менее, непредсказуемые изменения исследуемых характеристик вызвали и соответствующее уменьшение притока в море: в течение последнего десятилетия сток в Арал по Амударье и Сырдарье наблюдался только в отдельные годы.

Активизация здесь хозяйственной деятельности привела к тому, что вопрос дифференцированной оценки составляющих суммарных потерь в дельтах (антропогенной и естественной) утратил свою актуальность. Многие виды угодий (не говоря об орошаемых землях), бывшие в свое время естественными перестали быть таковыми, т.к. их существование стало обеспечиваться во многом за счет проведения различных водохозяйственных мероприятий [24]. В настоящее время на первый план выступает задача надежного определения суммарных затрат стока в пределах дельт, т.к. игнорирование их при оценке водного баланса Арала в современных условиях было бы ошибочным.

Интересно сопоставить результаты исследований по изменению деятельной поверхности дельт рассмотренных выше рек и затрат егока в них с аналогичными участками других рек, и в частности Волги. При достаточной общности видов испаряющих поверхностей, характер динамики элементов ландшафта в дельте Волги и объемов потерь стока в ней, заметным образом отличается от таковых в дельтах Амуда-рьи, Сырдарьи и Или.

Выполненные разработки в этом плане относились как к периоду падения уровня Каспийского моря, так и к условиям роста увлажненности бассейна Волги, обусловившего интенсивный подъем уровня моря [30].

В соответствии с тенденциями колебаний стока Волги и уровня Каспия изменялись и размеры деятельной поверхности дельты. По мере снижения уровня моря площадь дельты возрастала, превысив в 1977 г. — 18 тыс.км2, а в фазу его подъема к 1990г площадь последней уменьшилась до 14 тыс.км2. Не оставались неизменными и отдельные элементы ее ландшафта. Вне зависимости от колебаний площади дельты размеры сельскохозяйственных угодий возросли с 2 до 15%.

Процессы опустынивания в дельте Волги, несмотря на длительный период маловодья в ее бассейне и зарегулирование стока реки (последнее особенно сказалось на изменении заливаемости рассматриваемой территории), не проявились в той резкой и специфичной форме, как это имело место в дельтах Или, Амударьи и Сырдарьи. Связано это было с тем, что во-первых, увлажненность дельты Волги атмосферными осадками и поверхностными подами оказалась достаточно высокой; во-вторых, климатические условии здесь обеспечили меньшие значения недостатка насыщения влажности воздуха и, соответственно, испаряемости; в-третьих, при снижении стока Волги п шщетш уровня Каспия освободившаяся из-под морских вод часть дельты не прекращалась в пустыню, а благодаря наличию здесь разветвленной гидрографической сети, интенсивно зарастала влаголюбивой растительностью. В маловодный период в пределах дельты Волги отмечается рост незаливаемых участков, представленных стенной и полупустынной растительностью. Однако значительного увеличения этого вида поверхности не произошло вследствие частичного вовлечение его в сельскохозяйственный оборот.

Выполненные исследования показали, что безвозвратные потери стока в низовьях Волги (включая Волго-Ахтубинскую пойму и дельту) на протяжении почти пяти последних десятилетий постепенно уменьшались от 55 в 1932-50 гг. до 10.4 хм3/год в 1981-90 гг. Их уменьшение примерно до конца 70-х годов объяснялось влиянием хозяйственной деятельности в бассейне Волги выше Волгограда (внешний фактор) и пониженной естественной водностью реки. Местное (внутреннее) воздействие антропогенных факторов тогда было незначительным. Снижение объемов безвозвратного водопотребления в течение 1978-90 гг. продолжалось в условиях повышенного стока Волги и подьема уровня Каспия. Такое положение находит одно из своих объяснений в наличии долгопериодной тенденции снижения испарения в бассейне Волги и Прикаспийской низменности [30].

Таким образом климатический тренд снижения испарения пока что перекрывает здесь местное воздействие антропогенных факторов. По-видимому, в дальнейшем влиянием хозяйственной деятельности в низовьях Волги все же пренебрегать будет нельзя, особенно если иметь в виду возможную смену знака климатического тренда испарения. Тогда не исключено, что безвозвратные потери стока начнут возрастать и это негативным образом отразится на притоке речных вод в Каспий.

Из приведенных сравнительных оценок следует, что реакция дельтовых комплексов па антропогенное изменение стока в разных природных зонах в сочетании с различными уровнями воздействия хозяйственной деятельности будет неодинаковой и с этим необходимо считаться при оценке потерь стока в них.