Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Экстремальные водно-экологические ситуации на территории Оренбургской области

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Экстремальные водно-экологические ситуации на территории Оренбургской области"

На правах рукописи

Падалко Юрий Алексеевич

Экстремальные водно-экологнческие ситуации на территории Оренбургской области

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук

г г кгап 2015

005570811

Барнаул - 2015

005570811

Работа выполнена в лаборатории экономической географии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института степи Уральского отделения Российской академии наук (ИС УрО РАН)

Научный член-корреспондент РАН, профессор

руководитель: Чибилёв Александр Александрович

Официальные ЬСоронкевич Николай Иванович, оппоненты: доктор географических наук, профессор,

ФГБУН Институт географии РАН, заведующий лабораторией гидрологии (г. Москва)

оппоненты:

Галахов Владимир Прокопьевич,

кандидат географических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет», доцент кафедры физической географии и геоинформационных систем (г. Барнаул)

Ведущая организация: ФГБУН Институт озёроведения РАН, (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится « 01 » октября 2015 года в 13:30 на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при ФГБУН Институт водных и экологических проблем СО РАН по адресу: 656038 г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУН Институт водных и экологических проблем СО РАН и на сайге www.iwep.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные гербовой печатью организации, просим направлять Учёному секретарю диссертационного совета по адресу: 656038 г. Барнаул, ул. Молодежная, 1, Диссертационный совет. Тел./факс: +7(3852) 24-03-96, E-mail: iwep@iwep.ru

Автореферат разослан « 9 » июля 2015 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент

Рыбкина И.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В процессе своего развития человечество сталкивается с опасными гидрологическими процессами и явлениями, вынуждая защищать от них поселения и хозяйственную инфраструктуру с целью минимизации ущерба. В случае отклонения среднемноголетних параметров гидрологического режима и качества вод в водных объектах, которые приводят к существенному ущербу населению и хозяйству, возникают экстремальные водно-экологические ситуации (ЭВЭС).

Оренбургская область характеризуется резко континентальным засушливым климатом, поэтому осадки, накопленные за холодный период года, формируют 80% величины речного стока в весенний период. Данная неравномерность в стоке создаёт условия для возникновения ЭВЭС, связанных с многоводьем, и также с маловодьем. Усиленная антропогенная нагрузка на водные объекты приводит не только к изменению их гидрологического режима, а также и к загрязнению природных вод. В настоящее время в ряде обобщающих работ отсутствует региональная характеристика экстремальных водно-экологических ситуаций или ей уделено недостаточно внимания [ФГИС ТП, 2013; Схема комплексного использования..., 2007].

Для прогнозируемости многоводья требуется не только тщательный анализ гидрологических характеристик, но и учёт факторов климата, обуславливающих режим, и ландшафтно-геоморфологические особенности водосбора рек. Вследствие значительной освоенности территории необходим также анализ антропогенных факторов влияния на развитие ЭВЭС в Оренбургской области.

Во время многоводья, связанного с весенним половодьем, в регионе наносится значительный экономический ущерб населению и хозяйству. По фактическим данным Главного управления МЧС России по Оренбургской области, 227 населённых пунктов (13,2% от всех поселений региона) подвержены угрозе подтопления (затопления) в период весеннего половодья. Площадь территории с возможными наводнениями и подтоплениями составляет около 200 км2 с общей численностью населения, проживающего в зоне опасности, свыше 60 тыс. человек. При авариях на гидротехнических сооружениях (TTC) площадь поражения может составить 900 км2 с населением 120 тыс. человек (Коронкевич, 2011).

Опасность весеннего половодья для населения и хозяйства определяется совокупностью повторяемости неблагоприятных водно-экологических явлений и их последствий с ретроспективной оценкой ущерба. Данные явления и их последствия имеют пространственную привязку, поэтому подлежат ранжированию с целью прогнозирования экстремальных водно-экологических ситуаций, связанных с половодьем.

Анализ предпосылок развития ЭВЭС на водных объектах Оренбургской области и их распространение имеет научную и практическую актуальность для дальнейшего территориального развития области.

Цель работы: анализ экстремальных водно-экологических ситуаций на территории Оренбургской области и оценка их опасности для населения и хозяйства.

Задачи:

- изучить условия формирования речного стока на территории Оренбургской области;

- провести анализ гидрологических показателей стока рек Оренбургской области в весенний и лимитирующий периоды года;

- определить зависимость гидрологических показателей весеннего половодья от особенностей ландшафтно-геоморфологических и климатических условий речных бассейнов Оренбургской области;

- выявить антропогенные факторы, оказывающие влияние на вероятность возникновения экстремальных водно-экологических ситуаций в речных бассейнах области;

- провести ранжирование экстремальных водно-экологических ситуаций, связанных с весенним половодьем, в речных бассейнах Оренбургской области.

Объект исследования: речные и озёрные бассейны Оренбургской области.

Предмет исследования: природные и антропогенные факторы, обуславливающие экстремальные водно-экологические ситуации на реках Оренбургской области.

Теоретическую основу исследования составляют научно-методические работы отечественных и зарубежных учёных: 1) бассейновый подход (Р. Хортон, К.Н. Дьяконов, В.Б. Сочава, Л.М. Корытный, Ф.Н. Мильков и др.); 2) экстремальные и чрезвычайные гидрологические ситуации, оценка ущерба (A.A. Таратунин, Н.И. Коронкевич, Л.К. Малик, A.M. Владимиров, Н.И. Алексеевский, А.Б. Авакян, С.С. Гинько, P.A. Нежиховский, Ю.И. Винокуров и др.); 3) сток талых вод и гидрологическая роль почвы (А.Б. Заводчиков, А.Д. Комаров, И.С. Шпак, Г.В. Назаров, А.И. Субботин, И.А. Шикломанов); 4) морфометрия речных водосборов (Л.М. Корытный, P.C. Чалов, П.А. Шарый, Б.И. Гарцман, S.A. Shumm, A.D. Howard); 5) ландшафтно-гидрологический подход (Н.И. Коронкевич, А.И. Субботин, А.Н. Антипов, В.Н. Фёдоров). 6) региональные исследования (Ф.Н. Мильков, A.A. Чибилёв, Ю.М. Нестеренко, Г.А. Русскин).

Информационную базу исследования составили фактические материалы по месячным и годовым расходам рек области с 1940 по 2011 гг., а также метеорологические данные по температуре воздуха и атмосферным осадкам; сведения о подтопленных территориях и населённых пунктах от Территориального центра мониторинга и прогнозирования ЧС (ТЦМП ЧС) по Оренбургской области и Главного управления МЧС по Оренбургской области; атласы и средне- и крупномасштабные топографические карты; цифровые модели рельефа; архивные и современные космические снимки; результаты полевых исследований; фондовые материалы.

Методы исследования. В работе применены традиционные и современные методы географического исследования: картографический, морфометрический анализ, статистический, анализ данных дистанционного зондирования, геоинформационный, сравнительно-географический, аналогии, ранжирования и балльной оценки, физико-географические, обработки фондовых материалов и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Сезонные климатические колебания и ландшафтно-геоморфологические особенности строения водосборов рек Оренбургской области и их антропогенная трансформация предопределили формирование экстремальных водно-экологических ситуаций: многоводья, маловодья и загрязнения природных вод.

2. Частота проявления и величина ущерба, наносимого населению и хозяйству, указывают на наиболее высокую опасность возникновения экстремальных событий, связанных с весенним половодьем.

3. Интегральная оценка повторяемости неблагоприятных гидрологических явлений и риска чрезвычайных ситуаций позволяет выделить территории с различной степенью опасности весеннего половодья.

Научная новизна:

1. Впервые для Оренбургской области проанализированы структурно-гидрографические и морфометрические параметры водосборов речных бассейнов.

2. Определены региональные закономерности сезонной динамики стока рек и гидрологических показателей весеннего половодья.

3. Определена степень влияния морфометрических характеристик речных бассейнов Оренбургской области на формирование гидрологических показателей весеннего половодья.

4. Установлено влияние участков со слабой дренированностью речных долин на степень затопления поймы во время половодья.

5. Проведено ранжирование территории области по степени опасности, обусловленной весенним половодьем.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты исследования могут быть использованы для учёта экстремальных водно-экологических ситуаций в бассейнах рек при территориальном планировании и хозяйственной деятельности с целью минимизации ущерба для хозяйства и населения. Отдельные разделы и приложения по организации устойчивого водопользования могут быть востребованы в качестве справочного и наглядного пособия образовательными учреждениями.

Степень достоверности и апробация работы:

Полученные результаты вошли в отчёты по инновационному молодёжному гранту УрО РАН: «Разработка регионального геоинформационного комплекса для исследования и управления водными ресурсами в бассейнах рек». Регистрационный номер проекта 13-5-ИП-603 (руководитель); НИР «Сбор информации по проблемам негативного воздействия вод на территории Оренбургской области для разработки научно обоснованных мероприятий по противопаводковой защите» (исполнитель); РФФИ: «Трансграничные речные бассейны в азиатской части России: комплексный анализ состояния природно-антропогенной среды и перспективы межрегиональных взаимодействий» (исполнитель).

Материалы диссертации проходили апробацию на международных и всероссийских конференциях: Актуальные проблемы региональной экологии» (Оренбург, 2011); IV Молодёжная научная конференция «Экология-2011» (Архангельск, 2011); VII Международная школа-семинар молодых учёных «Геоэкологические проблемы степных регионов» (Оренбург, 2011); Молодёжная научная конференция «Информационная школа молодого учёного», (Екатеринбург,

2011); Третья Всероссийская научная конференция с международным участием «Экологический риск и экологическая безопасность» (Иркутск, 2012); «Вода и водные ресурсы: системообразующие функции в природе и экономике» (Цимлянск,

2012); VI Международный симпозиум и VIII Международная школа-семинар «Геоэкологические проблемы степных регионов» (Оренбург, 2012); Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь-Кунгур, 2013); Всероссийская научно-практическая конференция «Водная стихия: опасность, возможности прогнозирования, управление и предотвращение угроз» (Краснодар, 2013); Всероссийская научная конференция с

международным участием «Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии» (Барнаул, 2014).

Личный вклад соискателя состоит в непосредственном проведении исследований, получении результатов и их апробации. Автором лично проведён гидрологический и морфометрический анализ исходных данных с последующим тематическим картографированием выявленных процессов и ситуаций. Результаты исследования представлены в 23 публикациях по теме диссертации, из которых 7 — в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 170 наименований. Работа изложена на 168 страницах текста, включая 32 рисунка, 18 таблиц и 10 приложений.

ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИЕ ПРЕДМЕТ ЗАЩИТЫ

Сезонные климатические колебания и ландшафтно-геоморфологические особенности строения водосборов рек Оренбургской области и их антропогенная трансформация предопределили формирование экстремальных водно-экологических ситуаций: многоводья, маловодья и загрязнения природных вод.

Географическое положение Оренбургской области в степной зоне Евразии изначально предопределило не только резко континентальные климатические условия, но и обусловило возникновение экстремальных водно-экологических ситуаций (ЭВЭС), связанных с маловодьем и многоводьем (половодьем). Освоение территории области повлияло на возникновение чрезвычайных гидрологических ситуаций: усиление влияния на гидрологические процессы и, как следствие, формирование ещё одной составляющей ЭВЭС — загрязнение природных вод.

Одними из наиболее важных факторов формирования стока и его режима являются климат и рельеф водосборной площади.

Морфометрические особенности речных водосборов влияют на режим и естественный расход (инфильтрацию и испарение) в степной зоне. В рельефе Оренбургской области можно выделить следующие крупные геоморфологические структуры: равнины Приуралья, Уральские горы, Зауральский пенеплен и равнины Тургайской столовой страны.

На равнинах Приуралья, Зауральском пенеплене и равнинах Тургайской столовой страны, к территории которых относится значительная часть южных и восточных районов Оренбургской области, существенную роль в поглощении воды играет задержание талых вод на участках со слабой дренированностью территории бассейна или в различных бессточных углублениях. Наличие замкнутых понижений отмечается в работах специалистов-гидрологов, исследовавших их влияние на сток на территории степей Украины [Шпак, 1968]; в аридных зонах Северного Казахстана и Западной Сибири [Заводчиков, 1969; Комаров, 1974]. Нестеренко Ю.М. [2006] указывает на их роль в формировании подземного стока вод на примере степных участков Оренбуржья. Исследователями затронуты в большей части вопросы снижения стока из-за аккумуляции вод и увеличения инфильтрации, но не оценивается процесс их влияния на затопление территорий населённых пунктов и хозяйственных объектов. Их генезис связан как с геоморфологическими (пологий равнинный рельеф с небольшими перепадами высот и уклоном русел рек), так и с гидрологическими (малые расходы рек) особенностями территории.

Участки со слабой природной дренированностью распространены как на водоразделах, так и в пойменной части. Так, в восточной части области ими образован район бессточных озёр, который при наполнении талыми водами затапливает приводораздельные и плакорные участки. В южной и западной части области данные участки локализованы в поймах. В речных долинах они встречаются в местах расширения поймы (Рис. 1).

Рисунок 1. Бассейн р. Чаган во время весеннего половодья (апрель 2012г., ЬапсЬаО

Геоинформационный анализ цифровой модели рельефа (вЯТМ) территории области позволил выявить участки со слабой дренированностью, которые могут аккумулировать сток. Нами установлено совпадение участков со слабой дренированностью с зонами подтопления и пострадавшими населёнными пунктами (Рис. 2).

населенные пункты в долине реки Чаган

7

В летне-осенний период данные участки перехватывают (аккумулируют) поступающую влагу и преобразуют её в подземный сток или на испарение, что снижает поверхностный сток в водотоки.

Нами установлены следующие закономерности влияния геоморфологических особенностей малых водосборов на элементы гидрологического режима рек:

- преобладающие высокие величины уклона склонов в водосборах рек Приуралья (особенно на притоках р. Самары) увеличивают интенсивность нарастания уровня рек во время половодья;

- экспозиция склонов с преобладанием южной ориентации усиливает интенсивность стока и сроки достижения максимальных отметок уровня рек, а также вероятность заторных явлений в условиях равнин Приуралья.

Ситуация усугубляется ещё и тем, что часть степных рек области характеризуется малыми уклонами, а строительство в поймах и руслах рек способствует образованию преграды для стока вод (Рис. 3). Дорожные коммуникации, мостовые переправы и другие капитальные объекты образуют сужение поймы. Малые расходы в межень определяют благоприятные условия для зарастания русла, а низководные мостовые переправы создают преграду в русле, когда пролёты заполняются крупногабаритными древесными остатками, принесёнными водным потоком, и обломками льда во время ледохода.

Рисунок 3. Инфраструктурные преграды в долинах р. Урал и р. Сакмара у г. Оренбурга во время весеннего половодья (апрель 1998 г., Капели)

Мостовые переходы с дамбой: 1. Чернореченский; 2. Оренбургский городской;

3. Ивановский; 4. Нижнесакмарский; 5. Сакмарский.

Температура воздуха отражается на водном режиме водотоков области, оказывая влияние на характер поступления осадков и подстилающей поверхности водосбора. Ввиду низких температур характерно выпадение осадков в твёрдом виде и устойчивый снежный покров, что приводит к формированию зимнего меженного стока.

Климатические условия умеренно континентального пояса обусловили характер и значительные годовые амплитуды колебания погодных факторов при ограниченном количестве осадков в степной зоне, которая составляет более 50% территории Оренбурской области. Коэффициент увлажнения соответственно изменяется от 0,65 до 0,35 [Чибилёв, 1995, Русскин, 1999]. В гидрологическом режиме на реках области отмечается весенний максимум и летний минимальный сток.

В летний период, высокие температуры в сочетании с другими факторами способствуют повышенному испарению с поверхности речного бассейна, что сказывается на уровне летне-осенней межени. Зимой территория области находится под сильным воздействием холодных материковых масс воздуха, сформированных в мощных антициклонах Урала и Сибири. Для холодного периода характерно преимущественно подземное питание рек с зимним минимальным стоком и ледовым режимом. На весеннее половодье приходится более половины годового стока большей части водотоков области за счёт талых вод.

Климат области засушливый. Дефицит влаги в летне-осенний период года зависит не только от количества выпадающих осадков и малой относительной влажности воздуха, но и от интенсивности их выпадения. Продолжительная засуха и суховеи приводят к значительной потере влаги на водосборах и с поверхности водного зеркала. Такие условия сказываются на уровне меженного стока или его прекращении у части малых, а также средних водотоков, так как у большей части рек основной источник питания - это атмосферные осадки (60-95%), у незначительной части - подземные воды.

Маловодье на реках Оренбургской области имеет повсеместное распространение. В оценке остроты маловодий, для анализа минимального стока рек, была использована методика A.M. Владимирова [1970]. Из-за значительных пространственных и временных вариаций стока на реках области и наличия периодов его отсутствия, критерием экстремально маловодной гидрологической ситуации нами было принято считать вероятность месячного нулевого стока.

На основе данных «Гидрологических ежегодников» с 1940 по 2011 гг. о стоке рек по 80 пунктам наблюдения в Оренбургской области нами установлено 20 средних и малых рек с вероятностью прекращения стока. В 11 из них было отмечено прекращение стока в период открытого русла и для 19 - в зимний период (Рис. 4). Для ряда рек характерно прекращение стока как в зимний, так и в период открытого русла. Период отсутствия стока варьировал от 4 до 160 суток, а отсутствие стока более месяца отмечено на 18 водотоках.

Характер вероятного прекращения стока шш Промерзание и | Ц Ц |{Промерзание ''' ' ' '' пересыхание

ЕЛ Пересы»нне [^Пересыхание

--1—'—1 притоков

I-1 Прекращение стока

'-' н

Рисунок 4. Типизация речных бассейнов по характеру прекращения стока водотоков

Отсутствие стока для малых водотоков степной зоны является характерной чертой, но среди рассмотренных рек половина имеют площадь водосбора свыше 2000 км2 и относятся к средним рекам - притокам рек Урал и Самара. Экосистемы степной зоны приспособлены к отсутствию стока, но для населения и хозяйства оно создаёт проблемы. Для обеспечения их потребности создан значительный фонд прудов и водохранилищ. Общий объём зарегулированного стока составляет около 4 км3. К самым крупным водохранилищам относятся Ириклинское (свыше 3 км3), Сорочинское (0,134 км3).

Развитие фонда гидротехнических сооружений способствовало освоению территории области и развитию хозяйства в условиях ограниченных водных ресурсов. Но также создало ряд проблем: аварийность гидротехнических сооружений области вследствие изношенности (средний возраст водохранилищ области составляет 38 лет) и значительные потери вод на испарение с водного зеркала.

Средняя обеспеченность ресурсами подземных вод на одного человека по Оренбургской области составляет 3,09 м3/сут. Региональный показатель водного стресса указывает на слабый недостаток водных ресурсов при отношении 14,3% к их использованию вследствие существенного потребления объемов воды в технологическом процессе во время охлаждения на Ириклинской ГРЭС. При этом эффективность использования водных ресурсов в экономике — водоёмкость валового регионального продукта для Оренбургской области, составляет 3,56 м3/тыс. руб., что соответствует средней величине водоёмкости ВРП по России и немного превышает данный показатель (на 14%) по регионам степной зоны РФ.

В маловодье обостряются трансграничные водно-экологические проблемы в бассейне р. Урал, который расположен в пределах трёх субъектов Российской Федерации: Республики Башкортостан, Челябинской и Оренбургской областей и трёх областей Республики Казахстан: Актюбинской, Западно-Казахстанской и Атырауской. На бассейн реки Урал приходится незначительная доля водоресурсного

10

потенциала России и более 10% Республики Казахстан. В маловодные годы наблюдается дефицит воды в районах с интенсивной хозяйственной деятельностью.

Вследствие высокой освоенности территории Оренбургской области степень загрязнённости поверхностных вод варьирует от «слабо загрязнённой» 2 класса до «очень грязная» 4В класса.

Высокая загрязнённость поверхностных вод отмечается в районах горнодобывающих предприятий (р. Блява у города Медногорска, а также на трансграничном притоке реки Урал - р. Илек). К третьему классу загрязнённости в основном относятся реки со значительной сельскохозяйственной и селитебной нагрузкой (нижнее течение р. Сакмары, р. Бол. Ик, р. Салмыш, р. Бузулук, р. Суундук). Ко второму классу чаще относят приток реки Урал - р. Сакмара. Существенные превышения ПДК отмечаются по меди, а также цинку на р. Блява.

Загрязнение природных вод связано с недостаточной очисткой сточных сбросов предприятиями жилищно-коммунального хозяйства. Кратность разбавления сточных вод всех категорий составляет местным стоком 7, а общим - 9 раз, что значительно меньше, чем в среднем по России (79 и 83 раза соответственно). Потенциальную угрозу для водных объектов несут накопленные в отвалах и шламовых хранилищах промышленные отходы. Экстремальное превышение ПДК пока носит локальный характер, но может оказать существенное влияние на качество питьевой воды в маловодный период и создать экстремальную водно-экологическую ситуацию. Положение усугубляется природной минерализацией подземных вод, изношенностью основных фондов водопроводной сети и не соблюдением санитарных зон питьевых источников.

Климатические и геоморфологические особенности степной зоны Оренбургской области сформировали неоднородный (пространственный и по времени) гидрологический режим, а антропогенная деятельность оказала влияние на естественный сток и составляющие его процессы. Данные условия способствовали формированию экстремальных водно-экологических ситуаций, связанных с маловодьем, многоводьем и загрязнением вод на территории области.

Частота проявления и величина ущерба, наносимого населению и хозяйству, указывают на наиболее высокую опасность возникновения экстремальных событий, связанных с весенним половодьем.

Статистический и картографический анализ данных по чрезвычайным ситуациям, обусловленным весенним половодьем последних лет, свидетельствует о том, что значительное количество ЧС при весенних наводнениях происходит в населённых пунктах, расположенных близ малых рек, которые являются притоками первого, второго и третьего порядка основных рек области. Например, согласно нашим подсчётам, в бассейне реки Урал из 53 пострадавших населённых пунктов только города Орск и Оренбург были подтоплены главной рекой, а в бассейне реки Самары 5 из 61 населённого пункта затоплены основным водотоком.

Значительное влияние на повторяемость весеннего половодья оказывают особенности геоморфологии поверхности водосборов и климатические условия снеготаяния. Так, участки аккумуляции с затруднённым поверхностным стоком создают условия для скопления талых вод, что способствует затоплению территории. Выявленная закономерность наиболее характерна для следующих речных бассейнов: Чаган, Иртек, Орь, Илек, Бол. Кумак, а также для бессточной озёрной области. За последние 15 лет для населённых пунктов, расположенных в поймах названных рек,

отмечалась высокая частота затопления, которая составила не менее пяти раз. В бессточной озёрной области в 1995 и 2005 гг. уровень озёр превысил среднемноголетнее значение на 2 м, в результате этого произошло затопление окраин районного п. Светлый и садово-дачных участков. Затопление прибрежных территорий озёр отличалось продолжительностью и имело длительные последствия для сельскохозяйственных угодий.

Климатические условия снеготаяния можно условно разделить по обстоятельствам, предшествующим снеготаянию (накопленные осадки, промерзание грунта и т.д.), и режиму снеготаяния на водосборе.

Основным определяющим фактором в ряде случаев является количество накопленных осадков, выпавших за зимний период, что наглядно демонстрирует гистограмма (Рис. 5).

Рисунок 5. Гистограмма осадков за холодный период года и график максимальных расходов воды р. Урал у города Оренбурга в период 1941-2006 гг.

Режим снеготаяния определяется географическим положением водосбора. Бассейн реки Урал простирается с северо-востока (горная, лесная зона с осадками 600-800 мм) на юго-запад (степная зона с осадками 300-350 мм) (Чибилёв, 1997; 2006), вследствие этого можно отметить локальные и транзитные максимумы в ходе весеннего половодья. С целью определения влияния дружного таяния снега при прохождении весеннего половодья нами проведён сравнительный анализ хода средних температур в этот период в северо-восточной и юго-западной частях бассейна и ход уровня воды за последние пять лет. В качестве модельного водотока была выбрана р. Сакмара, которая рассматривается нами в качестве реки-аналога главной реки Урал, с наименьшим регулированием естественного стока. Ход уровня отслеживался по данным (Росгидромета) гидропоста у с. Татарская Каргала в 32 км от устья р. Сакмары. Данные по ходу температур воздуха были получены по следующим станциям: с. Зилаир в северо-восточной части бассейна и юго-западной -г. Оренбурга. Проведённый анализ показал, что во время половодья с уровнем, превышающим среднемноголетние значения, наблюдается наименьшая разница в ходе среднесуточной температуры воздуха между северо-восточной и юго-западной частями бассейна (в 2007 г. - 3,6°С и 2011 г. - 3,4°С). В годы со среднемноголетними значениями уровня воды разница в ходе среднесуточной температуры воздуха наибольшая, принимает в северо-восточной части отрицательные значения по сравнению с юго-западной (в 2008 г. — 6,7°С и 2010 г. - 4,7°С).

12

Нами исследовалась повторяемость затопления поймы и заторные явления водотоков, вблизи которых расположены пострадавшие населённые пункты, с целью последующего сравнения чрезвычайных ситуаций, обусловленных весенним половодьем. Для этого использовались сведения о количестве случаев превышения отметок весенних уровней рек, их выхода на пойму и заторных (зажорных) явлений.

На 10 водосборных участках периодичность затопления поймы составляет более 50%. Самая высокая повторяемость отмечается на реках западной части Оренбургской области - Чаган, Бол. Кинель (более 90%), при средних уровнях заторных явлений (30-50%). Немного меньше показатели регулярности затопления на реках Бузулук и Ток (50-90%) при наиболее высокой частоте заторных явлений (более 60%). Периодичность заторных явлений, кроме названных рек, отмечается также на р. Илек и на Ириклинском участке бассейна р. Урал, а общая повторяемость более 50% характерна для 9 участков бассейнов рек. В бассейне реки Волги отмечается наибольшее количество участков речных бассейнов с высоким показателем повторяемости затопления поймы и заторных явлений. В бассейне р. Урал максимальная повторяемость наблюдается на р. Бол. Ик (более 90%), а в среднем течении р. Урал и р. Сакмары составляет более 50%.

Значительный материальный ущерб от весеннего половодья отмечается в крупных городах области и районах с высокой плотностью населения (Рис. 6).

По структуре ущерба первое место в Оренбургской области занимает за(под)топление жилых строений и хозяйственных объектов в населённых пунктах, далее следуют дороги, низководные мосты, инженерные сети, сельхозугодья. Наиболее часто наблюдается косвенный ущерб, связанный с затоплением дорог и низководных мостов.

Рисунок 6. Максимальный годовой материальный ущерб от половодья в районах Оренбургской области за период с 1998 по 2012 г.

(составлено автором по данным Территориального центра мониторинга и прогнозирования ЧС по Оренбургской области и ГУ МЧС по Оренбургской области)

Максимальный материальный ушерб Количество насыпных п

т полоаодья. тыс. руб.

ЩЦ 5000 до 125 000

Щ 3200 ДО 5ООО

В 1 700 0° 3200

I I еоо до 1 тоо I 1 до 600

| Нет двнны* по ущербу

Эти явления приводят к нарушению сообщения между некоторыми населёнными пунктами области с районными центрами, увеличению расходов на ремонт зданий и инфраструктурных объектов, приостановке работы предприятий или сокращению мощностей из-за затруднения использования хозяйственных объектов в зоне затопления.

Значительная часть гидротехнических сооружений, предназначенных для водопоя скота, расположена на малых, а также на временных водотоках и балках. Часть прудов имеет саморегулируемые сбросы и земляные плотины, что увеличивает риск прорыва тела плотины при превышении НПУ. За последние 15 лет, по сводкам Территориального центра мониторинга и прогнозирования ЧС по Оренбургской области и Главного управления МЧС по Оренбургской области, зарегистрировано 34 аварийных ситуации на ГТС.

Крупных экологических последствий от прохождения весеннего половодья по данным ГУ МЧС России по Оренбургской области не отмечается, но имеются локальные случаи ухудшения качества питьевых вод, уменьшения продуктивности земель сельскохозяйственного назначения.

Многоводье на реках области в основном связано с весенним половодьем. Экстремальность половодья характеризуется большими амплитудами уровней вод, а также повторяемостью затопления поймы в весенний период, которая составляет более 50% на одной трети крупных и средних рек области. Ситуация усугубляется распространенностью заторных явлений на реках в половодье. Экстремальные водно-экологические ситуации, связанные с весенним половодьем, вследствие наносимого ущерба, а также масштабности последствий представляют значительную опасность для населения и хозяйства.

Интегральная оценка повторяемости неблагоприятных гидрологических явлений и риска чрезвычайных ситуаций позволяет выделить территории с различной степенью опасности весеннего половодья.

Большинство методик оценки опасности затопления учитывают только гидрологические параметры такие, как: вероятность превышения уровня над критическим [Арефьева, 2001] или совокупность гидрологических показателей и социально-экономического ущерба [Гинько, 1977; Нежиховский, 1988; Авакян, Полюшкин, 1991]. Для реальной оценки неблагоприятной ситуации, по нашему мнению, необходимо учитывать ЭВЭС по важному минимальному набору показателей, имеющих региональную специфику.

Нами разработана интегральная оценка и ранжирование территории по степени опасности возникновения ЭВЭС, вызванной весенним половодьем, в которых учитываются параметры гидрологического режима (повторяемость затопления поймы, вероятность заторных явлений в руслах рек) и показатели чрезвычайных ситуаций (количество населенных пунктов, подверженных затоплению, и повторяемость воздействия).

Интегральный показатель выведен из суммирования баллов по выше выбранным параметрам и ранжирования по экспертной оценке. Каркасом ранжирования является в данном случае бассейновое деление области (Рис. 7).

Территориями с очень высокой подверженностью наводнениям являются 4 бассейна (рек Чаган, Бузулук, Ток, Большой Кинель). Эти территории характеризуются высокой повторяемостью затопления поймы (более 60%) и большим количеством пострадавших населённых пунктов, из которых 18 частично

затапливались не менее 3-х раз за последние 15 лет. Для данных водосборов характерно раннее половодье с быстрым подъёмом уровня воды.

К территориям с высокой подверженностью наводнениям относятся 1 водосбор и 3 участка речных бассейнов рек: Бол. Кумак и Верхне-Самарский, Орский, Средне-Сакмарский. Для этих бассейнов характерна повторяемость затопления поймы от 40 до 60%. Плотность населения в данной зоне составляет 14-69 чел/км2. На гидрологический режим половодья водотоков в этих бассейнах оказывают влияние локальные условия, транзитный сток и влияние гидротехнического регулирования.

Бассейны со значительной подверженностью наводнениям характеризуются средней повторяемостью затопления поймы от 20 до 40%. Наибольшая концентрация населённых пунктов, когда-либо пострадавших от весеннего половодья, отмечается на участках рек с нарастанием водности. К данной группе относится значительное количество водотоков области и их участков (Малый Уран, Большой Уран, Салмыш, Илек, Ик, Орь, бессточная озёрная область и участок р. Самары от Сорочинского водохранилища до границы области).

кг

Рисунок 7. Ранжирование территории Оренбургской области по степени опасности возникновения ЭВЭС, обусловленной половодьем.

Участки бассейнов рек: Урал (1. Ириклинский; 2. Орский; 3. Киялы-Буртинский; 4. Буртинский; 5. Донгузский; 6. Каргалинский; 7. Иртек-Кинделинский); Сакмара (8. Средне-Сакмарскийский; 9. Нижне-Сакмарский); Самара (10. Верхне-Самарский;

11. Средне-Самарский; 12. Нижне-Самарский)

К группе со средней подверженностью наводнениям относятся участки рек: Киялы-Буртинский, Донгузский, Каргалинский, Иртек-Кинделинский, Нижне-Сакмарский и бассейн р. Суундук. Данная группа отличается низкой повторяемостью затопления поймы (менее 20%). Но в связи со значительной плотностью населения вблизи областного центра, наличием сезонных переправ для поселений, а также с риском аварийных сбросов из Ириклинского водохранилища, в этой группе

15

существует потенциальная опасность для населения при освоении пойменных территорий.

Группа с низкой подверженностью наводнениям включает речные бассейны Боровки, Малого Кинеля, Дёмы, Большого Ика, Буртинский, Губерли, Тобола, Сока и участок реки Урал — Ириклинский. Территория водосборов данной группы отличается низкой повторяемостью затопления как поймы, так и населённых пунктов, с причинением незначительного ущерба.

Более детальная информация по данным водным объектам или их водосборам представлена в созданных нами картосхемах и геоинформационной базе данных в формате Мар1пСз 11.5 (полная версия базы данных для профильных организаций, служб и ведомств).

Ранжирование территории, проведённое посредством интегральной оценки, позволило обобщить факторы возникновения экстремальных водно-экологических ситуаций на территории Оренбургской области и показать совокупную опасность, связанную с прохождением весеннего половодья для населения и хозяйства.

Заключение

В результате проведенного анализа экстремальных водно-экологических ситуаций на территории Оренбургской области были сформулированы следующие выводы:

1. На основе изучения условий формирования речного стока были выявлены природные предпосылки образования экстремальных водно-экологических ситуаций, связанных с маловодьем, многоводьем и загрязнением вод, и проведён анализ гидрологических показателей стока рек.

2. В результате анализа гидрологического режима водотоков в лимитирующие периоды (летне-осенней и зимней межени) и во время прохождения весеннего половодья определены экстремальные гидрологические показатели для водно-экологических ситуаций, связанных с маловодьем и многоводьем для Оренбургской области.

3. Анализ морфометрических параметров водосборов позволил уточнить условия формирования экстремальных водно-экологических ситуаций, связанных с весенним половодьем. Так, впервые установлено распределение участков со слабой дренированностью в речных бассейнах Оренбургской области, являющихся особенностью речных долин, что позволило выявить высокую вероятность их затопления во время половодья. Особенности климатических условий снеготаяния определяют режим весеннего половодья, отличаются нестационарностью погодных факторов и изменяются под влиянием подстилающей поверхности водосборов.

4. Антропогенные преобразования в руслах рек и на водосборах приводят к трансформации гидрологической функции ландшафтов, и, как следствие, изменяется гидрологический режим и снижается проточность рек во время многоводья, что создаёт риск возникновения экстремальной водно-экологической ситуации. Формирование экстремальных водно-экологических ситуаций, связанных с загрязнением природных вод, обусловлено антропогенной деятельностью. Вызывает озабоченность кратность разбавления сточных вод всех категорий, в том числе загрязнённых, которая ниже среднего показателя по России. Это создаёт опасность возникновения экстремальной водно-экологической ситуации, связанной с качеством

поверхностных вод в маловодный период. Риск для водных объектов представляют также промышленные отходы, накопленные в отвалах и шламовых хранилищах.

5. Ранжирование территории по степени опасности возникновения экстремальной водно-экологической ситуации, вызванной весенним половодьем, позволило обобщить полученные результаты и показать степень риска для населения и хозяйства.

Полученные результаты в целом свидетельствуют о необходимости учёта экстремальных водно-экологических ситуаций в бассейнах рек при территориальном планировании и хозяйственной деятельности с целью минимизации ущерба для населения и хозяйства.

Список публикаций по теме диссертации

Статьи, опубликованные в журналах из списка ВАК:

1. Падалко Ю.А. Потребности водного хозяйства Оренбургской области в современных технологиях // Вестн. Оренб. гос. ун-та - 2011. - N° 16 (135) - С 189190.

2. Чибилёв A.A., Сивохип Ж.Т., Чибилёв (мл.) A.A., Падалко Ю.А. Оценка перспектив межгосударственного взаимодействия в трансграничном бассейне реки Урал//Проблемы региональной экологии.-2013.-№ 1.- С. 33-39.

3. Падалко Ю.А., Чибилёв (мл.) A.A. Бассейновый и административный подходы к анализу пространственного распределения особо охраняемых природных территорий геосистемы реки Урал в пределах Оренбургской области // Изв. Самар. науч. центра РАН. - 2013. -№ 3 (2). - С. 859-862.

4. Чибилёв (мл.) A.A., Падалко Ю.А. Пространственное распределение ООПТ федерального значения Российской Федерации по административно-территориальным единицам и водосборным бассейнам// Проблемы региональной экологии. -2014. -№ 1.-С. 223-229.

5. Чибилёв A.A., Падалко Ю.А. Современная антропогенная нагрузка в бассейне реки Сакмары и проблемы её ограничения // Изв. Самар. науч. центра РАН -2014. -№ 5 (16). - С. 304-307.

6. Сивохип Ж.Т., Падалко Ю.А. Географо-гидрологические факторы опасных гидрологических явлений в бассейне реки Урал // Изв РАН Сер геогр -2014.-№ 6.-С. 53-61

7. Падалко Ю.А, Чибилёв A.A. Оценка чрезвычайных водно-экологических ситуаций, связанных с весенним половодьем на территории Оренбургской области // Проблемы региональной экологии. - 2014. —№ 5. - С. 49-53.

Статьи в других научных изданиях:

8. Падалко Ю.А. Водно-ресурсный потенциал Оренбургской области: проблемы и перспективы // Экология - 2011. Материалы докл. IV Молодеж. науч. конф., 06-11 июня 2011 г.-Архангельск, 2011.-С. 55-56.

9. Падалко Ю.А. Анализ динамики климата и речного стока в бассейне реки Урал // Вопросы степеведения. - Оренбург, 2011. - Вып. IX. - С. 116-119.

10. Падалко Ю.А. Разработка электронного каталога водных объектов Оренбургской области // Информационная школа молодого ученого: сб. науч. трудов. - Екатеринбург, 2011. - С. 176-180.

11. Падалко Ю.А. Источники и факторы экологических рисков в бассейне реки Сакмара II Экологический риск и экологическая безопасность. Материалы III Всерос. науч. конф. с межд. участием (г. Иркутск, 24-27 апреля 2012 г.) - Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2012. - Т.2. - С. 71-72.

17

12. Чибилёв A.A., Сивохип Ж.Т., Падалко Ю.А. Современные тенденции изменений гидрологического режима реки Урал // Региональные эффекты глобальных изменений климата (причины, последствия, прогнозы). Материалы межд. науч. конф. (г. Воронеж, 26-27 июня 2012 г.). - Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2012. - С. 267-270.

13. Падалко Ю.А. Проблемы водопользования в степном регионе (на примере оренбургской части бассейна р. Урал) // Степи Северной Евразии. Материалы VI Межд. симпозиума и VIII Межд. школы-семинара молодых ученых «Геоэкологические проблемы степных регионов». - Оренбург, 2012. - С. 908-910.

14. Падалко Ю.А. Анализ паводковых ситуаций на территории Оренбургской области // Степи Северной Евразии. Материалы VI Межд. симпозиума и VIII Межд. школы-семинара «Геоэкологические проблемы степных регионов». - Оренбург,

2012.-С. 548-552.

15. Падалко Ю.А. Сравнительная оценка водообеспеченности трансграничных регионов (на примере Оренбургской области) // Вода и водные ресурсы: системо-образующие функции в природе и экономике: сб. науч. тр. / отв. ред. В.Г. Пряжинский. - Цимлянск, Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ(НПИ), 2012. -С. 908-910.

16. Чибилёв A.A., Сивохип Ж.Т., Падалко Ю.А. Трансграничный бассейн р. Урал: проблемы и перспективы российско-казахстанского сотрудничества // Природоохранное сотрудничество в трансграничных экологических регионах: Россия-Китай-Монголия / Сб. науч. тр. - Вып. 3. - Чита, 2012. - С. 395-401.

17. Падалко Ю.А. Проблемы водопользования в бассейне реки Сакмара // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН [Электронный ресурс]. - 2012. —№ 4. — URL: http://oren-icn.ru/index.phD/docs/doc download/69.

18. Падалко Ю.А. Оценка водоресурсной обеспеченности и существующего водопотребления сопредельных регионов бассейна р. Урал // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов: труды межд. науч.-практ. конф. в 3 т. -Пермь, 2013. - Т. 1. Управление водными ресурсами. Гидро- и reo динамические процессы.— С. 84-88.

19. Падалко Ю.А. Морфометрические особенности речных водосборов степной зоны Оренбуржья // Вопросы степеведения. - Оренбург: ИС УрО РАН,

2013.-С. 62-65.

20. Падалко Ю.А. Факторы экстремальных гидрологических ситуаций в Оренбургской области // Водная стихия: опасность, возможности прогнозирования, управление и предотвращение угроз: матер. Всерос. науч.-практ. конф. (г. Краснодар, 07-13 октября 2013). - Новочеркасск: ЛИК, 2013. - С. 220-225.

21. Падалко Ю.А. Разработка регионального геоинформационного обеспечения для минимизации ущерба связанного с весенними половодьями // Молодые учёные Оренбуржья - науке XXI века: матер, ежегодн. науч.-практ. конф. -Оренбург: ООО Агентство «ПРЕССА», 2013. - С. 176-178.

22. Падалко Ю.А. Анализ причиненного ущерба от весенних половодий по бассейнам рек и административным районам Оренбургской области // Вопросы степеведения. - Оренбург: ИС УрО РАН, 2014. - Вып. XII. - С. 125-129.

23. Падалко Ю.А. Антропогенные факторы возникновения чрезвычайных гидрологических ситуаций (на примере Оренбургской области) // Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии: труды Всерос. науч. конф. с междунар. участием. В. 2 т. — Барнаул, 2014. — Т. I. — С. 44-49.

Подписано в печать 16.06.2015 Печать офсетная Усл. печ. л. - 1,0. Формат 60x84/16 Тираж: 100 экз. Заказ № 26640 Отпечатано в ООО «Печатный дом «Дпмур» 460000, г. Оренбург, пер. Банный, 2 (3532) 77-04-68,77-83-93