Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Формирование и динамика внутриконтинентальных дельт (на примере реки Или и озера Балхаш)

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Формирование и динамика внутриконтинентальных дельт (на примере реки Или и озера Балхаш)"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ПГ5 ОД ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

' ' Маг ¡ЬЬ6

На правах рукописи АБДРАСИЛОВ СЕЙЛХАН АВДРАСИЛОВИЧ

УДК 556,537;55С.54

ФОРМИРОВАНИЕ И ДИНАМИКА ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ДЕЛЬТ

(На примере реки Или и озера Балхаш)'

11.00.07 — ГИДРОЛОГИ!! суши,

подные ресурсы и гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

АЛМАЩ 1906

Работа выполнена на кафедре гидрологии суши Казахского государственного национального университета им. Аль-Фарабн.

Научный консультант:

доктор технических наук,

профессор

А. А. ТУРСУНОВ

Официальные оппоненты:

член-корр. НАН Кыргызской республики, заслуженный деятель науки Кыргызстана,

доктор технических наук

Д. М. МАМАТКАНОВ

доктор технических наук,

профессор •

А. А. АБДУРАМАНОВ

доктор географических наук, старший научный сотрудник

В. П. БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ

Ведущая организация — Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства (КазНИИВХ).

Защита состоится 29 марта 1996 г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д.53.15.01 по защитам диссертаций на соискание ученой степени доктора географических наук при Институте географии НАН РК по адресу: г. Алматы, ул. Шевченко, 28, малый конференцзал Президиума НАН РК.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии НАН РК-

Ваш отзыв, заверенный печатью, направить в 2-х экземплярах по адресу: 480100, г. Алматы, ул. Кабанбай-батыра, 99, Институт географии НАН РК.

Автореферат разослан «¿Зг? »

1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и с с л е д о в а н и я. ¡нутриконтянеиталькые дельты (дельты рек, впадающих в

ессточньге зодоемы) оказывают огромнее влияние------на

ядрологичесхие, гидрохимические и гидробиологические процессы, роисходящие в приемном водоеме. Они имеют и большое ароднохозяйственное значение, особенно в аридных регионах, где вляются единственными водно-болотными угодьями.

До пастоятцего времени океанологи устьевую область реки рассматривают как часть прибрежной зоны моря. При этом основные .офели дельтообразования строят для дельт выдвижения в откры-одморе. В этом направлении выполнены значительные исследова-кя в Государственном океанографическом. Арктическом и Антарк-ическом научно-исследовательских ииспггутах, Московском госу-арственном университете, Институте географии РАН и дру-их научных учреждениях.

И.В.Самойлов впервые рассмотрел географогидрологические шономерности формирования устьев рек. С.С.Байдин разрабо-т теорию цикличности и стадийности морских дельт. .Н.Михайлов изучил механизм изменения гидроморфометрических арактеристик водотоков дельт; выполнены также другие исследо-анкя речт.тх дельт. Различные аспекты гидравлического и пвд-одинамического режима устьевых областей рек рассмотрены в ра-этах В.С.Антонова, С.К.Ахметова, С.С.Байдина, А.Н.Бутакова, .Г.Войнич-Сяноженцксго, К.В.Грншанина, Г.М.Джаналиевой и .П.Богачеза, В.В.Иванова, В.Н.Михайлова, М.А.Михалева,

1.М.Рогова, А.И.Симонова,Н.А.Скриптунова

.Ф.Полонского,О.К.Тленбекова, Р.М.Хайдарова, Л.П.Остроумовой и э.

В работе рассматриваются закономерности формирования и деловые процессы дельт рек, впадающих в бессточные водоемы эидной зоны, где образуется сложная система дельтовых озер и

dotok.

Процессы формирования и режим морских ивнутриконтиненталь-ых дельт существенно отличаются друг от друга. В бессточных эдоемах в отличие от морей, связанных с Мировым Океаном, эоисходят крупномасштабные долгопериодные колебания фонового эовня, которые оказывают существенное влияние на формирование и фестройку дельтовой системы впадающей реки. С другой стороны, гадпя развития самой дельты оказывает влияние на величину эитока воды и наносов в бессточное озеро и тем самым влияет на щродипампческие процессы, происходящие в приемном водоеме. Эти :пекты проблемы до сих пор мало изучены.

Предыдущие исследователи, правильно выделяя основные факторы образования дельт, не обращают должного внимания на продолжительности их воздействия и стремятся создать единую модель дельтообразования, без учета фактора времени. Между тем, скорость влияния различных факторов на дельтовые процессы различна. Например, влияние тектонических процессов проявляется в течение нескольких тысячелетий и даже миллионов лет, а влияние силового воздействия потока на частицу грунта, лежащего на дне русла (гидродинамический фактор), сказывается в течение весьма короткого промежутка • времени, измеряемого секундами. Следовательно, не может быть единой модели, которая охватывала бы все этапы формирования и перестройки внутриконтинентальных дельт. Таких моделей должно быть несколько, в частности, для внутриконтинентальных дельт должна бьпъ разработана своя особая модель.

В последние годы на территории дельт проводятся различные гидротехнические работы: выше по. реке создаются водохранилища, строятся вододелители и дамбы обвалования, выполняются руслорегулирующие и русловыправительные и другие виды работ.Они, в большинстве случаев, проводятся без достаточного научного обоснования и без учета специфики внутриконтинентальных дельт. В результате наблюдаются крайне негативные последствия от проводимых работ. Результаты подобных антропогенных нагрузок, применительно к исследуемому региону, не нашли должного научного анализа и обобщения.

В этой связи восстановление истории формирования и изучение процессов, происходящих в водотоках внутриконтинентальных дельт в естественных условиях и в условиях антропогенного воздействия, имеют большое научно-практическое значение.

Целью работы является развитие методологии системного анализа и разработка теории внутриконтинентальных дельт и на их основе исследование формирования и динамики дельте учетом геоморфологических, гидрологических , гидравлических, гидродинамических и антропогенных факторов. В этой связи необходимо'решение следующих задач:

1. Определение места геоморфрологнчесхих, гидрологических, гидравлических и гидродинамических факторов в сложном процессе взаимодействия речного стока и приемного водоема с учетом особенностей зоны дельтообразования.

2. Исследование механизма формирования внутриконтинентальных дельт, с учетом перечисленных факторов.

3. Использование скрытых механизмов для изучения закономерностей формирования дельты р.Или в различные этапы ее развития.

4. Исследование взаимного влияния бессточного оз. Балхаш

и дельты р.Или. Определение затрат стока в дельте р.Или с учетом стадии ее развития.

5: Изучение гидролого-морфологических____________процес-

сов, происходящих в современных внутриконтинентальных дельтах и влияние хозяйственной деятельности на эти процессы.

6. Разработка рекомендаций по управлению режимом внутриконтинентальных дельт.

Объекты и методика исследований. В качестве натурной модели разрабатываемой теории выбрана дельта р.Или. Она является единственной сохранившейся дельтой аридной зоны, продолжающей выполнять функцию- геоэкологического буфера между рекой и приемным водоемом. Хотя сток р.Илн зарегулирован Капчагайскич водохранилищем и несколько уменьшен забором воды на орошение, в дельте пока еще нет больших перегораживающих сооружений и отсутствуют длинные дамбы обвалования и другие крупные инженерные сооружения, стесняющие русла проток. Только в голове некоторых проток проводятся небольшие работы по очистке от наносов и углублению их начальных участков.

Ввиду того, что механизм формирования и развития внутриконтинентальных дельт является чрезвычайно сложным и многофакторным, при теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методы геоморфологии, гидрологии, гидравлики, динамики русловых процессов и гидромеханики. В частности, при восстановлении истории формирования древних дельт p.p. Амударьн, Сырдарьи и Или использовали результаты палеогеографического анализа. При изучении взаимного влияния колебаний уровня оз.Балхаш н динамики дельты р.Или пользовались методами гидрологии и гидроморфологической теории русловых процессов. Наконец, при изучении гидроморфологичесхих процессов, проходящих в отдельных водотоках дельты, применили методы гидравлики, гидрометрии и гидромеханической теории русловых процессов.

Основные положения и выводы диссертации базируются на результатах обобщения многолетних теоретических и натурных исследований, выполненных автором по заданию производственных организаций.

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты натурных н лабораторных исследований, а также теоретических разработок, выполненных при непосредственном участии автора в период с 1974 по 1994 гг. Автором составлялись программы научных исследовании, которые реалнзопьтвались при его личном участии, проводилась обработка данных нагурных наблюдений, их обобщение, написаны основные главы научных

И: научно-производственных отчетов. Автор принимал участие во внедрении результатов исследований в практику народного хозяйства. Основные теоретические разработки, лабораторные и натурные данные, выводы и практические рекомендации, приведенные в дирсертации, принадлежат автору.

Научная новизна работы:

1. Разработаны основные принципы системного анализа процессов формирования ■ и перестройки внутриконтинентальных дельт с выявлением основных факторов, влияющих на дельтовые процессы на различных структурных уровнях; разработана методология анализа и расчета режима дельт с учетом геоморфологических, гидрологических, гидравлических, гидродинамических факторов; осуществлена реализация методологии системного анализа на примере дельты р.Илк.

2. Установлены отличительные особенности формирования внутриконтинентальных (озерных) дельт.

3. Впервые изучены русловые процессы и дельтообразование на реках, впадающих в бессточные водоемы, и сделано дополнение к теории дальтообразования, связанное с процессами втекания первоначального водотока во внутриконтинентальный водоем.

4. Впервые изучены? влияние циклических колебаний уровня оз.Балхаш на формирование и перестройку дельты р.Или;влияшк динамики дельты р.Или на колебания фонового уровня оз.Балхаш; взаимосвязь между приращением объем а воды в оз.Балхаш и потерями стока в дельте р.Или.

5. Для условий дельты р.Или впервые была разработана математическая модель расчета распределения жидкого и твердого стоков по сложной системе крупных водотоков; исследована динамика общего размыва в низовье р.Или и ее дельте I естественных и зарегулированных условиях; выполнен анали: изменения связи между расходом, площадью живого сечения I уровнем водь; по 9 гидропостам дельты за период с 1969 по 199С гг; изучены характеристики крупномасштабной турбулентносп руслового потока; выполнен анализ влияния проводимых в бассейш р.Или ив ее дельте шшенерных работ на гидрологический режим I динамику дельты; разработаны рекомендации по улучшению водной: режима и увеличению пропускной способности водотоков дельты.

Основные положения, представляемые к защите:

- механизм формирования и перестройки внутршсонтинентальньп дельт;

- методология системного анализа применительно к вкугриконтипеотальньш дельтам;

- результаты реализации разработанной теории для у слови! дельты р.Или;

- результаты исследований взаимного влияния колебаний

уровня оз.Балхаш и динамики дельты р.Или, а также потерь стока в ней;

___- гидролого-морфологические закономерности изменения дельты

р.Или в естественных и зарегулированных условиях;

- рекомендации по увеличению пропускной способности дельты р. Или гидравлической промывкой в зимний период;

- способы управления кинематической структурой потока сквозными сооружениями, установленными как в узлах разветвления водотоков дельты, так и по их длине.

Практическое значение р а б о т ы. Результаты исследований позволяют восстановить историю формирования внутриконтинентальных дельт на различных стадиях се развития, восстановить естественную' тенденцто развития сложной гидрографической сети дельты, выявить закономерности ее переформирования в результате антропогенного воздействия. Эти данные позволяют с большой экономической эффективностью планировать и осуществлять водохозяйственные мероприятия с минимальным ущербом природе дельт.

Реализация результатов раб о т ы. Разработаны и переданы в Балхаш-Алахольское бассейновое водохозяйственное объединение "Рекомендации по обеспечению устойчивого водозабора в Топарскую систему" н "Рекомендации по улучшению условий водозабора в протоку Жидели".

Зимой 1986-1987 гг. произведена зимняя гидравлическая промывка дельты, в результате которой повысилась общая пропускная способность дельты, это позволило в многоводном 1988 г. увеличить попуски из Капчагайского водохранилища до 17,2 киг/год, из них в оз.Балхаш попало 13,8 кМ*/год, в то время как в предыдущие многоводные годы попуски не удавалось делать более 13,8 км?/год, из них в озеро попадало не более 9,4 к^/год. Теоретические и прикладные работы автора вошли в программу ГКНТ СССР 0.85.01 (1981-1985 гг.) и постановления N364(1986-1988 гг.). С 1989 г. работы проводятся по хоздоговору с Государственным комитетом по водным ресурсоам Республики Казахстан. По результатам которых составлены 7 научно-технических отчетов объемом более 50 п.л.

Материалы исследований используются в учебном процессе в Казахском государственном университете нм.Алъ-Фарабп по курсу 'Динамика русловых потоков и русловые процессы", а также при зыполнении курсовых и дипломных работ студентами-гидрологами.

Апробация работы. Основные результаты иссле-говннии были доложены и получили положительную оценку на: XX Конгрессе МАГИ (Москва, 1983); У Всесоюзном гидрологическом

съезде (Ленинград, 1986); Мевдународном симпозиуме "Водные ресурсы Центральной Азиии проблемы охраны окружающей среды" (Урумчи, КНР, 1993); Всесоюзных координационных совещаниях по проблеме ГКНТ СССР 0.85.01 (Москва, 1984, 1985); 1 и 11 Всесоюзных съездах гидроэкологов СССР (Москва, 1990, 1991); 111 Межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Луцк, 1989); Координационных совещаниях по заданию 09.04 Постановления ГКНТ СССР N 364 (Алма-Ата, 1986, 1987, 1988); республиканских

научно-технических конференциях и. совещаниях (Алма-Ата, 1977,1985); ежегодных научно-технических конференциях Жамбыл-ского гидромелиоративно-строительного иснтитута (Джамбул, 19741981); научно-техническом Совете Госкомводресурсы РК (Алма-Ата, 1992); расширенных научных семинарах кафеяры гидрологии суши Казгосуниверситета (Алма-Ата, 1989, 1990, 1992, 1993, 1995); секции гидравлики, инженерной гидрологии, гидротехническое и мелиоративное строительство Ученого Совета ПО "СОВИНТЕРВОД" (Москва, 1993); научном семинаре лаборатории гидрологии Института географии HAH РК (Алматы, 1995).

Публикации. Результаты работы по теме помещены в 40 печатных работах и отчетах по НИР, в том числе одна монография и три работы на английском языке.

Структураи объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы из 230 наименований. Работа изложена на 332 страницах, в том числе 52 рисунка, 36 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность профессорам М.Ж.Жандаеву и А.А.Турсунову за непосредственную помощь в реализации научно-технической программы и ценные замечания при написании работы. Автор также благодарит сотрудников кафедры гидрологии, суши Казгосуниверситета к.т.н., доцента К.К.Дускаева, к.т.н., доцента Р.Х.Дюсенову, к.г.н., доцента Л.П.Мазур, к.т.н. Е.Н.Нышанова, инженеров Р.Г.Садуова, Е.Х. Бегахметова и студентов географического факультета, способствовавших успешному выполнению комплекса исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ДЕЛЬТ.___

В диссертации отмечается, что формирование и режим морских я внутриконтинентальных; дельт различны.

В первом случае формирование дельты происходит за счет выдвижения а море устьевого бара реки. При этом перемещение морского края дельты (наступление в море и отступление от него) зависит от соотношения величин жидкого и твердого стока реки и энергии морского вдольберегового течения.

Во втором случае формирование дельты зависит не только от указанного соотношения, но и от колебаний уровня приемного водоема, которая в свою очередь зависит от стадий развития самой дельтовой системы.

Резкие колебания уровня приемного водоема, особенно в трансгрессивные периоды, приводят к существенной перестройке гидрографической сети дельт, вплоть до образования новой дельтовой системы.

Для изучения процесса формирования и перестройки внутриконтинентальных дельт был применен метод системного анализа, который считается наиболее полным и эффективным методом.Впервые методология системного подхода к изучению руслового процесса на реках была сформулирована Н.Е.Кондратьевым, что позволило разработать учение о дискретности руслового процесса н его структурных уровнях. Вместе с тем, разработчики гидроморфологической теории, уделяя большое внимание на внешние признаки различных русловых форм и занимаясь их типизацией, четко не отметили роли определяющих факторов руслового процесса.

Можно предположить, что разным структурным уровням должны соответствовать разные определяющие факторы, которые зависят от пространственного и временного масштаба. При этом, чем выше порядок структурного уровня, тем продолжительнее время их образования и перестройки.

Для условий внутриконтинентальных дельт предлагается выделить следующие структурные уровни: весь речной бассейн с приемным водоемом; сся дельта в целом; отдельные водные объекты дельты; небольшие участки водотоков дельты, в особенности узлы их разветвления к слияния.

Определяющими факторами для перечисленных структурных уровней являются: геоморфологические, гидрологические, гидравлические и гидродинамические факторы.

При этом геоморфологические или релъефообразующие факторы обуславливают возникновение гидрографической сети всего бассейна. Гидрологические факторы (циклы крупномасштабных колебаний фонового уровня приемного водоема и стока реки) способствуют возникновению новой дельты. Гидравлические факторы (осредненные гидравлические характеристики руслового потока) -определяют перестройку гидрографической сети существующей дельты, т.е. постепенный переход от одной стадии развития водотоков дельты к другой. Гидродинамические факторы (пульсационные движения, внутренние поперечные, восходящие и нисходящие течения) обуславливают возникновение в водотоках дельты первичных морфологических структур и формирование узлов их разветвления и слияния. Между указанными факторами имеется определенная взаимосвязь. Факторы более высшего порядка (уровня) оказывают влияние на закономерности факторов низкого уровня.

Например, турбулентные характеристики речного потока (гидродинамические факторы) изменяются с изменением осредненных характеристик потока (гидравлические факторы). Гидравлические характеристики потока, в свою очередь, являются функцией гидрологического режима реки (гидрологические факторы) и т.д. С другой стороны, влияние каждого из рассмотренных факторов на дельтовые процессы развиваются по собственным законам, они не являются суммой законов развития элементов. Такое явление в системном анализе называется эмерджентностью системы.

Для изучения влияния гидродинамических факторов, начиная с 1980? г., проводились натурные измерения турбулентных' характеристик потока и размеров донных русловых мезо- и микроформ на каналах Акдалинской рисовой системы и на р.Или и велись постоянные наблюдения на крупных узлах разветвления водотоков дельты. Было записано более 500 осщшлограм продолжительностью от 300 до 1500 с.

С целью изучения влияния гидравлических факторов проводились комплексные экспедиционные исследования на всех водотоках дельты.Заметим, что стационарные наблюдения за жидким и твердым стоком ведутся в верховье дельты и на выходах четырех крупных проток. Эти данные могут быть использованы только для определения потери стока в дельте и для установления величины притока воды в оз.Балхаш.Онн совершенно непригодны для изучения режима водотоков на огромной территории с площадью около 8 тыс.км4. Мы впервые подробно изучили режим твердого стока и исследовали деформацию русел водотоков дельты. Эти материалы были дополнены данными ■ наблюдений Казгидромета, Казгипроводхоза, ИГ Н АН РК и других организаций.

Для оценки влияния гидрологических факторов данных

непосредственных наблюдений в дельте недостаточно.Онн отрывочны и непродолжительны. В этой связи для оценки работы водного потока-за -достаточно, длительный период использовали плановые

рисунки водотоков на крупноТшсштабиых — топокартах____и_____

аэрофотопланах. По топокартам различных лет съемок сняли основные характеристики более 900 излучин и проанализировали их изменения во времени.

Кроме того, были проанализированы,с позиции разрабатываемой теории, все опубликованные материалы полевых исследований, маршрутных обследований, водно балансовых расчетов, а также отдельные высказывания по тем или иным аспектам проблемы.

Для изучения роли геоморфологических факторов были использованы: тот^>афические, геологические,

геоморфологические, палеогеографические • карты и карты четвертичных отложений; космические фотографии; фондовые материалы и литературные источники.

Исследованию влияния геоморфологических факторов на формирование гидрографической сети и дельт рек Или, Амударьи и Сырдарьи посвящена 11 глава диссертации. Влияние гидрологических факторов рассмотрены в 111 и 1У главах, о роли гидравлических факторов посвящена У глава, а влияние гидродинамических факторов рассмотрено в У1 главе диссертации. Последняя глава посвящена влиянию хозяйственной деятельности человека и разработке рекомендаций по управлению русловыми процессами в водотоках дельты.

ГЛАВА П. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДЕЛЬТ ОСНОВНЫХ РЕК СРЕДНЕЙ АЗИИ И ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА.

Основными дельтами региона являются дельты рек Амударьи, Сырдарьи, Урала, Или и др. Из них наиболее изучены дельты Амударьи и Урала. Менее исследованы дельты рек Сырдарьи и Или. Рассматриваемые территории имеют ярко выраженные природные' особенности, а дельты рек весьма динамичны, что усиливается под влиянием хозяйственной деятельности.

Дельты рек Амударьи и Сырдарьи подвержены значительным антропогенным изменениям. Они фактически превратились в орошаемые массивы, где естественный Ход русловых процессов полностью нарушен. Русловые же процессы, особенно в средней и нижней части дельты р.Илп, происходят . без существенного вмешательства человека.

Согласно теории формировании рек и речных систем проф. М.Ж.Жандаева, реки возникают на склонах только что поднимающихся

гор. С ростом гор увеличивается водность рек, начальные водотоки разрастаются и формируется речная сеть с дельтой и приемным водоемом. Таким образом, в данном случае определяющими являются горообразовательные (геоморфологические) факторы. Особенности гидрологического режима реки учитываются лишь с качественных позиций проявления эрозионно-аккумудятивных процессов.

В плиоценовый период (примерно 3 млн.лет тому назад) в Илийской долине существовало огромное озеро. В начале среднечетвертичной эпохи произошел прорыв этого озера через плато Карой. Поток, откладывая твердый материал, образовал конус выноса в виде Акдалинской дельты (рис.1). Этот процесс продолжался в течение всей среднечетвертичной эпохи, т.е. около 300 тыс.лег.

В следующую эпоху акватория Балхаша резко сокращается и озеро принимает очертание, близкое к современному. Вместе с отступающим озером к северу продвигается и дельта Или и, откладывая аллювиальный материал, образует новую Батпактин-скую дельту. Передний край дельты не доходит до современного берега озера (рис.1). Процесс миграции озера на север н формирование этой дельты происходили в течение всей верхнечетвертнчной эпохи, т.е. примерно ) 00 тыслет. Окончательно современный вид Балхаш принимает 5гже в послеледниковую эпоху. Река Или в то время впадала в среднюю часть озера в виде древней реки Ортасу, формируя выдвинутую дельту - современный полуостров Узунарал.

В течение послеледниковой эпохи климат периодически увлажняется, несмотря на продолжающуюся его арндизацию в целом. Река Или и ее рукава блуждают западнее Узунарала и формируют здесь новую дельту. Это - более молодая Баканасская дельта (рис.1). Ее следы остались и виде сухих русел Шетбаканас, Ортасу, Карабаканас, Нарын и др. Русла прежних Узунаральских рек к этому времени были уничтожены и в рельефе не проявляются. Современное русло Ортасу образовалось именно в это время. Баканасская дельта начинается с пос. Баканас, ее длина примерно 200 км.

А.И.Макшеев отмечает, что "баканасы" отмерли в период с 1733 по 1785 гг. и речной сток сосредоточился в русле р.Или. С тех пор начинает формироваться Илийская дельта, т.е. ее возраст около 200 лет. В таком случае образование Баканасской дельты, очевидно, продолжалось в течение всего исторического времени за вычетом 200 лет, т.е. примерно 1800 лет. Возраст Узуиаральской дельты условно надо считать доисторическим.

Современная дельта р.Или _ имеет значительно меньшие размеры, она начинается от села ' Аралтобе, в 125 км от Балхаша. Здесь

\ t л

'V-? \ ; | :

л*<^4-v\'Kv4'i

J»» xt. \\\

f~B Вигпокгннскор Qj /а о

('-'•'••{ Ул^нараььсхап Qu ю

[-->*) SaxoHQCcкая не Тед я

Сг~_4 Шоискал rcífi

1°«М Миделицская coffß. о, 03

d-'ant^atenff^oe

n^.j uuj^Ate

пуаъяСско* {==¿¿1 àcdat^iA/fsjcayе coS/к

река разветвляется на ряд рукавов: Топар, Или, Жидели и др. (рис.2). „

Сравнительный анализ закономерностей формирования и перестройки гидрографической сети дельт основных рек региона под влиянием геоморфологических и антропогенных факторов позволяет сделать следующие выводы.

t. Основные реки, а следовательно их дельты, возникли примерно в одно и то же время. Возникновение их связано с интенсивными горообразовательными процессами на границе плиоцена и четвертичного периода (12 млн.лет). Современная гидрографическая сеть бассейнов рек Амударьи, Сырда-рьи и Или сформировалась в послеледниковый период, т.е. около 8-10 тыс.лет назад.

2. Механизмы формирования и перестройки этих

дельт аналогичны. Все реки региона неоднократно меняли направление течения, впадая в различные тектонические понижения, образовывали серии дельт. Например, р.Амударья в конце нижнечетвертичной эпохи (500-600 тыс.лет) впадала в Каспийское море. В начале верхнечетвертичной эпохи (100 тыс.лет) она направлялась на север и впадала в Хорезмскую впадину. Несколько позже Амударья пробилась еще севернее - в Сырыка-мышскую впадину, а далее по Узбою вернулась в Каспийское море. С первого тысячелетня нашей эры (3 тыс.лет) Амударья впадает в Аральское море.

Р.Сырдарья в среднечетвертичнухо эпоху (500 тыс.лет) впадала в Кзыл'ординское озеро. Вначале верхнечетвертичной эпохи (100 тыс.лет) прорывается в Аральскую впадину южнее современного устья (М.Жандаев).

3. Интенсивность изменения гидрографической сеги и гидрологического режима водотоков в дельтах рек рассматриваемого региона исключительно высоки. Например, скорость выдвижения дельты Амударьи в море, в отдельные годы, доходила до 270-280 м в год (В.Н.Михайлов). Расход рукава Жидели с 1908 по 1940 гг. возрос с 2,75 до 504 м /с, т.е. всего за 30 лет рукав Жидели превратился из маленького ручейка в полноводную реку, тогда как перестройка же гидрографической сеги дельт рек ETC и Арктической зоны происходит в течение сотен и даже тысяч лет.

4. Процессы, происходящие в дельтах рек региона, оказывают существенное влияние на величину притока воды в приемный водоем и тем самым влияют на колебания уровня воды в них. Так, в конце XIX и в начале XX веков транзитного руслового стока из дельты Амударьи не было (М.М.Рогов). С 1911 до середины 40-х годов сток рукава Жидели не доходил до оз.Балхаш (В.К.Штсгман). По

расчетам автора за счет влияния фазы развития дельты р.Или уровень Балхаша за указанный период снизился на 1,7 м.

- 5. Дельты—рек.Амударьи и Сырдарьи подвержены значительным антропогенным изменениям. Естественная русловая сеть Амударьи сильно сократилась. С начала 70-х годов в дельте практически не осталось естественно обводненных водоемов и зарастающих плавней. Вследствие резкого снижения уровня Аральского моря происходит врезание русла Амударьи и посадка уровня воды. Причем, характер зависимости Н ~ Г(С>) изменяется по длине дельты.

В случае значительного уменьшения притока воды и резкого снижения уровня оз.Балхаш аналогичный процесс произойдет и в дельте р. Или.

6. В настоящее время русловые процессы на водотоках дельты р.Или происходят в условиях свободного меандрирования при стабилизации уровня оз.Балхаш и без прямого вмешатель-ствзу

(^человека. В этой связи полученные данные о скоростях деформации русла и о характеристиках излучин (таких как ширина пояса меандрирования, шаг, длина и степень развития излучины, углы входа, выхода и разворота и др.) основных водотоков дельты р.Или

на различных стадиях их развития будут служить весьма ценным материалом при восстановлении русловой сети деградированных дельт таких рек как Амударья и Сырдарья.

ГЛАВА Ш. ВЗАИМОСВЯЗЬ ДЕЛЬТЫ РЕКИ ИЛИ И ОЗЕРА БАЛХАШ.

На основе анализа данных о циклических колебаниях среднегодового уровня оз.Балхаш и об изменениях в дельте р.Или (влияние гидрологических факторов) составлена таблица 1. Как видно, между указанными величинами прослеживается тесная взаимосвязь. На грансрегрессивные периоды (точнее на конец периода) приходятся сроки образования новых дельт или дельтовых систем, а на регрессивные периоды - 4 перестройка гидрографической сети этих систем. Причем, сроки образования новых дельт приходятся на периоды очень высокого стояния уровня озера: Баканасская дельта образовалась, когда наблюдался многовековой максимум; образование Илимской дельты приходится на период стояния высокого векового максимума с отметкой 346,0 м БС; при достижении векового максимума (1908-1910 гг.) образовалась сама» молодая Жиделинская дельтовая система.

Таблица 1

Влияние циклических колебаний уровня оз.Балхаш на динамику дельтыр.Или

Фазы колебаний уровня оз.Балхаш Период, год Экстремальные уровни оз.Балхаш Изменення в дельте р.Или

1 2 3 4

Многовековой минимум V-VIII столетня 335,5 Древняя дельта исчезла. Озеро разделилось на 2 плеса

Многовековой максимум XIII-XV столетия i i 348,5 . Произошла крупная перестройка в Баканасской дельте

Высокий вековой максимум 1 половина XVIII в 346,0 Образовалась Илийская дельта

Вековой минимум 1840 338,0 Активизировалась Илийская дельта

Внутривековой минимум 1884-1885 . 340,5 Активизация То-парской дельтовой системы

Вековой максимум 1908-1910 443,7 Образовалась Жиделинская дельтовая система

Внутривековой минимум 1946 340,7 Бурное развитие Жиделинской дельтовой системы

Внутривековой максимум 1961 343,0 Отмирание Илийс-кой дельты, перехват основного стока р.Или протокой Когалы

Делается вывод о том, что многовековые и вековые фазы колебаний уропггт оз.Балхаш приводили к образованию новых дельт с

сильно развитой гидрографической сетью, а внутривековые - к образованию небольших дельтовых систем, типа современной

Топарской, или происходила"""крутки?----перестройка :- внутри_______

су шествующей дельтовой системы. Например, наступление внутрипекового максимума 1У61-1970 гг. привело к резкой активизации протоки (Сопшы , п настоящее время оегтепной сток р.Млн проходит но этой протоке. '

Это объясняется тем, что при значительном повышении уровня озера происходит затопление уср.сиоп части проток, и зона от"лол:ашк шшоеов перемешается вперх по течению, оказывая сопротивление поступательному движению потока. В ре-»ут-тчт* ••ко;ч»;щ н оус^ " транспортируемые потоком

наносы начинаю г о гкладшатьез петтгтр'^стренн«» »> пусде протоки, вызывая ее постепенное заиление. Русло реки начинает возвышаться над окружающей местностью. При значительной продолжительности трансгрессивного периода, которая для рек региона составляет десятки лет, указанная зона может распространиться до верхней части дельты, и при очередном повышении стока реки происходит прорыв потока в понижения местности и образуется новая дельта.

Тати:-.; образом, процессы, происходящие в дельте р.Или и в оз.Пал.чаш, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Так,

крупномасштабные циклические колебания фонового уровня озера иногда ирерыедог естественный ход цеиьтопого процесса и приводят к образованию новой дельтовой систем/л, те.« самым сокращал продолжительность дельтового цикла.

До настоящего времени отсутствуют данные инструментальных наблюдений за ходом руелог.ых деформаций, охватывающих полный цикл развития дельтовых проток. Поэтому единственны!.! путем получения количественных данных о гидролого-морфометрических характеристиках "древних" и ныне существующих водотоков дельты .тплттотся "х плановые рису шеи на крупномасштабных топокартах и аэрофотоснимках различных лет. Они позволяют оценить работу водного потока за достаточно длительный период времени, охватывающий полный гидрологический цикл.

По топокартам 1956, 1965, 1989 гг. съемок, автором определены основные характеристики излучин рукавов Или и Жидели, , проток Когалы-ИГагырай-Аксерке-Иир и Жидели (правое крыло). При этом определены длина излучины ( S ), шаг излучины (?, ), углы входа ( а« ), выхода (а>ь<< ) и разворота (а), вычислена степень развитости излучины (S/X),

определена ширина пояса меандрирования ( в ) и т.д. Затем проанализировано, какие изменения произошли в характеристиках излучин за время между съемками. Данные анализа более 900 крупных и мелких излучин, находящихся на разных стадиях своего развития, на водотоках разных размеров и возраста позволяют сделать следующие выводы.

1. Величина шага излучин на бесприточном участке отличается большой изменчивостью.

2. Анализ значений углов а« , а и.,* и а показывают, что на ранних стадиях развития ( а < 120' ) излучины симметричны и при а>120* излучина приобретает асимметричное очертание.

3. Степень развитости излучины изменяется в более широких пределах, чем наравншшых реках ETC. Для отмирающего рукава Или она достигает 22,0, а для более молодой протоки Когалы-Иир максимальное значение S/A. в 4 раза меньше, чем у рукава Или. По-видимому, максимальное значение SIX — 20,0 близко к предельной величине для водотоков дельты р.Или.

4. Осредненные показатели излучин рукава Или, проток Когалы-Иир и Жидели имеют существенные различия. Так, средняя длина излучин рукава Или в 1,5-2,0 раза превышает длину излучин Когалы-Иир и Жидели. Причем меньше всего длина более мелкой протоки Жидели. Еще большие различия в показателе развитости излучины указанных водотоков. Средние значения SA, для рукава Или около 4, а для протоки Когалы-Иир он несколько меньше - 1,7 и S/Япротоки Жидели близка к 2. Средние значения угла разворота излучины рукава Или 170", протоки Жидели - 127" и а протоки Когалы-Иир около 120е.

Отсюда можно сделать вывод, что основные измерители излучин дельтовых водотоков зависят от крупности водотока и от его возраста, т.е. от стадии развития излучины.

За 33 года основные измерители излучин рукава Или возросли примерно на 87.) , а рукава Жидели - на 15?.), существенно изменились измерители излучин более молодой протоки Когалы.

Таким образом, зная гидроморфометрические характеристики излучин, можно судить о степени развитости и возрасте той или иной протоки дельты.

Такие данные позволяют прогнозировать, в каком направлении и с какой интенсивность будут протекать русловые деформации во

вновь образованных водотоках и какие размеры будет иметь данный водоток на конечной стадии своего развития или через определенный— интервал __ времени ' (через 10, 20, 100 лет).

Возможность такого прогноза имеет важной значение-----при------------------

восстановлении гидрографической сети деградированных дельт типа дельт рек Сырдарьн и Амударьи.

Таким образом, совместное рассмотрение влияния цикла колебаний фонового уровня оз.Балхаш и стока р.Или (гидрологический фактор) позволило объяснить причину возникновения и перестройки современной и древних дельт р.Или. что имеет весьма важное научно-практическое значение. Предыдущие ^следователи причину столь частой перестройки дельты связывали -гсликко с речным фактором.

ГЛАВА IV. ПОТЕРИ СТОКА В ДЕЛЬТЕ Р.ИЛИ.

Потери стока в дельте р.Или определяют: по данным непосредственных измерений (А.П.Браславский и

С.П.Чистяева,А.П.Браславский и Л.П.Остроумова, А.Н.Жиркевич, Р.Д.Курдин, В.В.Сумарокова и К.В.Цыценко, О.К.Тленбеков); расчетным путем, как затраты воды тех испарение и транспирацию с поверхности различных угодий дельты (А.Н.Жиркеаич. Г.И.Искендиров , И.С.Соседов, В.В.Сумарокова и К.В.Цыценко): по уравнению водного баланса дельты путем алгебраического суммирования отдельных его составляющих {А.П.Браславский и С.П.Чпстяезг Л.П.Ераславскнй и Л.П.Осгроумова, Г.М.Гепьбух, А.Н.Жиркевич, Г. Р. ¿Опусов): по уравнению водного баланса оз.Балхаш, хак остаточный член (А.П.Браславский и С.П.Чистяева,

А.П.Браслазсхий и Л.П.Остроумова, Г.М.Гельбух, В.В,Голубцов и А.Н.Жиркевич, Р.Д.Курдин, Г.Р.Юнусов); по эмпирическим формулам (И;И.Скоцеляс).

Потери стока в дельте р. Или делят на русловые (V..) и безвозвратные {У™). Здесь Уи» представляет собой затраты воды на испарение и транспирацию с дельты.. За русловые потери принимают разность между притоком к вершине дельты и оттоком воды из дельты в оз.Балхаш.

В действительности УР представляет собой объем задержанной в данном году в дельте илийской воды и представляет собой приходную часть водного баланса дельты, а V™ - расходную его часть. Если УР > V ис происходит накопление воды в дельте и увлажненность дельты увеличивается, а в случае, когда Ур < Ум происходит ее усыхание. Такое возможно вследствие значительной регулирующей способности дельты. Дельта работает подобно водохра-

нилищу многолетнего регулирования, перераспределяя сток р.Или как внутри года, так и в многолетнем разрезе.

Сравнительный анализ ранее опубликованных работ, а также материалов наблюдений показывает, что данные гидрометрических наблюдений притока воды к оз.Балхаш имеются в середине 50-х годог и охватывают только одну стадию развития дельты - стадию сосредоточения стока в ограниченном числе водотоков; по данным различны? авторов , величины среднегодовых потерь стока в дельте как в естественных, так и в зарегулированных условиях,изменяются в весьма широких пределах; нет единого мнения об изменениях потерь стока вс времени, ряд исследователей объем задержанной в дельте в данное году воды приравнивают к затратам стока на испарение и тран спирацию, почти все исследователи колебания фонового уровш Балхаша связывают только с климатическими факторами; многие исследователи потери стока в дельте считают зависящими только от внешних факторов (речного стока и уровня приемного водоема) бе: учета процессов, происходящих в самой дельте; ни один из них не свя эывал колебания уровня Балхаша со стадией развития водотоког дельты. Между тем, степень увлажненности территории, а такж< тип ландшафта, сильно зависят от стадий развития дельты. На на чальной стадии происходит постепенное увеличение потерь стока i дельте, которые достигают максимума в озерно-плавневой стадии а затем постепенно уменьшаются в результате свертывания дельты Зная многолетний ход изменения уровня приемного водоема, можно ре шить и обратную задачу - восстановить ход изменения потерь стока i дельте.

На рис.3 приведены - графики изменения VP и VM во времени (а) i интегральная кривая их разности с 1958 по 1992 гг. ( б ) за пери од, когда проводились измерения.

Анализ указанных графиков позволяет выделить следующие харак терные периоды,

¡периоде 1958 по 1962 гг. продолжительностью 5 лег (табл.2). В этот период приток воды к вершине дельты в среднем рав нялся 16,70 к л? /год, что значительно выше среднемноголетнего его зна чения, равного 13,26 кй*/год. Приходная часть водного баланс дельты (в среднем 4,92 км/год) значительно превышает расходную еп часть (3,53 км/год). За это время в дельте дополнительно нако пилось 4,65 кмл вод, что привело к увеличению площади водных угоди! дельты с 911 (1958 г.) до 1464 км* (1961 г.).

II период с 1963 по 1969 гг. (7 лет). Приток в дельту был окол< нормы. Приходная часть водного баланса дельты (3,37 км3 /год несколько меньше расходной его части (3,56 км 3/год). Площадь вод ных объектов сокращается до 1253 км2 в 1968 г. III период с 197 по 1978 гг., когда резко уменьшился приток к вершине дельты. При

а) Потери стока в дельте реки Или , «V

- \___________г-г-____"русловие потери" приходная часть

I \ подлого баланса дельты

6.0 1 \ - н - затраты води на испарение и транспирацию

4 ,0

2.0

V \ / /\ \ / •

( /

годи

-1-1_

1960

1970

1980

/

1990

о.тланеа дельты реки Или

<5 Интегральная кривая разности между приходной е 0 ; • - ( Ус) И раохОДЧО£! ( частями водного

о',/ ^

годи

Рис.3.

ходиая часть водного баланса дельты (1,85 км 3/год) значительно меньше расходной его части (3,43 км 3/год). Дельта за этот период не дополучила 10,16 км3 воды. Происходит ее усыхание, особенно интенсивное с 1974 г. Площадь водной поверхности дельты сократилась бфзее^чем в два раза (с 1253 км2 в 1958 г. до 575 км2 в 1978 г.). Это произошло несмотря на то, что с 1970 по 1978 гг. были произведены ранне-весенние повышенные попуски из Капчагайского водохранилища, т.е. были созданы искусственные паводки с целью затопления угодий верхней и средней дельты.

Таблица 2

Изменение приходной и расходной частей водного баланса дельтыр.Или за 1958-1992 гг.

Период Продолжительность периода, лет Среднегодовой приток к вершине дельты, км'/год Приходная часть водного баланса дельты^ км'/год Расходная часть водного баланса дельты, км'/год Измен, ординат интегр. кривой,

1958-1962 5 16,70 4,12 3,58 4,65

1963-1969 7 14,16 3,37 3,56 -0,81

1970-1978 9 11,17 1,85 3,43 -10,16

1979-1985 7 12,24 4,00 3,12 1,08

1986-1992 7 15,14 2,82 2,71 -0,55

средние 13,26 3,21 3,27

IV период охватывает 1979-1985 гг. В этот период существенно увеличился объем воды, задержанной в дельте (с 1,85 до 4,0 км3 /год), при незначительном увеличении притока воды к дельте. Это произошло в результате снижения пропускной способности дельтовых проток, вследствие их' заиления. Хотя уровень Балхаша снизился на 0,7 м. За период эксплуатации Капчагайского гидроузла, вследствие уменьшения паводковых расходов с 1800 до 800 м3/с, снизился промывной эффект больших расходов воды.

V период с 1986 по 1992 гг. Приток к вершине дельты (15,14 км3/год) выше среднемноголетнего значения (13,26 км3/год), несмотря на это ежегодно в дельте задерживается меньше воды (2,82 км 3/год) по сравнению со среднемноголетним значением (3,21 км3/год). Это произошло вследствие проведенных в 1986-1987 гг. мелиоративных работ в дельте (см.главу VII).

Для определения потерь стока в дельте р.Или с учетом стадии ее развития мы составили уравнение водного баланса оз.Балхаш за многолетний период (с 1911 по 1969 гг.), который включает один внутривековой

цикл крупномасштабных колебаний уровня оз.Балхаш (с 1911 по по

1961 гг.), а также несколько стадий развития Жиделннскон дельтовой системы (от зарождения до сосредоточения стока в ограниченном числе нроток)Г

В уравнение водного баланса озера включили суммарный-'"стотс'рек" без учега потерь в дельте р.Или (Vr.fi; испарение с поверхности озера (V ,,с); атмосферные осадки на водную поверхность ( V«-); сред-немноголотнюю потерю стока в дельте (Упд.]; изменение потерь стока в дельте (ЛУ п „ ) и изменение запасов боды в озере (ДУ).

Тогда уравнение водного баланса озера за многолетний период запишется а зиде

« - Уне -г "о* •"„. -±АУ. (1)

Среднемноголетнее значение потерь в дельте за рассматриваемый период (У„д.) получилось равным 3,35 км3 /год.

Для оценки влияния фазы развития дельты и климатических факторов на колебания уровня озера и на потерю стока з дельте р.Или уравнение водного баланса оз.Балхаш записали дня годового интервала времени

V,,, -У„с +Урс йТм. ±ДУпд. =±ДУ. (2)

Обозначив через

¥кл - V „,, - Vиe + Усе ."у;... . ( 3)

будем иметь

• У юг ± Д Уп д = ±ЛУ (4)

или в слоях воды

Нк~, ± Нд =Нф. (5)

ГДС х 1 кл - учитывает влияние климатических факторов на величину

среднегодового уровня чошл в озере;

Н;; - учп'и,тает влияние на колебания уровня приемного водоема дельтовой фазы;

Нф - учитывает суммарное влияние климатических факторов и динамик!? дельты.

Приняв ДУпд. = 3,35 км Угод, подсчитал« приращение обт.ема притока воды в озеро ( А\У ) и разделив его иа площадь поверхности

озера ( И) получшш значения ежегодных приращений уровня Балхаша за счет климатических факторов (ДНи ), а просуммировав ДНкл -величину Нкл . Затем определяли Нд и построили графики их изменений (рис.4). ИЗ рисунка видно, что если потеря стока в дельте была бы постоянной и равной 3,35 км3 /год, уровень Балхаша изменился бы по кривой 1, повышаясь в прохладно-влажные и понижаясь в тепло-сухие периоды. Среднегодовой уровень Балхаша с 1911 г. снизился бы к 1920 г. на 1,5 и, тогда как фактическое снижение составило 2,0 м. Затем за счет мно1 сводных 1921-1924 гг. он повысился бы до отметки 343,4 м к 1924 г. и, снижаясь вновь,, достиг бы многовекового минимума 342,2 м (за счет климатических факторов) к 1952 г., а наблюденный в 1946 г. внутривековой минимум - 340,7 м, что на 1,5 м ниже полученного. Затем среднегодовой уровень Балхаша, повышаясь стабилизировался к концу 60-х годов около отметки 342,7 м.

Фактическая кривая, среднегодового изменения уровня озера, в середине рассматриваемого периода, проходит значительно ниже кривой 1. Это говорит о том, что потери стока в дельте не были постоянными в течение рассматриваемого периода. С 1911 по 1946 гг. потери стока в дельте значительно больше, а с 1947 по 1969 гг. - меньше среднемного-летнего ее значения.

Данные рисунка также показывают, что влияние Нл и Нкл на колебания уровня Балхаша в различные этапы развития дельты проявляются по-разному. Например, на начальной стадии образования Жиделинской дельтовой системы с 1911 по 1920 гг. влияние динамики дельты (Нд = 43 см) на снижение уровня озера значительно меньше, чем климатических факторов (Нкл = 136 см). Затем, начиная с 1922 г. вклад Нд резко возрастает и в течение 3 туз^Н^З-1925 гг.) Н ^ — Н*,. По-видимому, здесь определенную роль сыграл катастрофический паводок 1921 г., после чего резко активизировалась вновь образованная Жи-делинская система. Примерно одинаковое соотношение между Нд и Нкл сохраняется с 1935 по 1943 гг. В это время потери стока в дельте были в два раза выше среднемноголетнего значения. После 1946 г. резко уменьшился вклад Нд на колебания уровня Балхаша. Так, отношение Нд к Нкл с 124% (1942 г.) уменьшилось до 44 % (1956 г.), т.е. в 2,8 раза.

Это является следствием того, что с середины 40-х годов начала формироваться современная сеть дельтовых проток, которая сопровождалась постепенным сокращением площади разливов и озер и, как следствие, уменьшением потерь стока.

На рис.5 приведены среднегодовые значения потерь стока в дельте (с 19Н по 1969 гг.), вычисленные из уравнения водного баланса оз.Балхаш с учетом приращения объема воды в озере. Как видно, потери стока в дельте р.Или не остаогся постоянными во времени. Осредненное

Рис.4. Влияние климатических факторов (Н»«) и динамики дельты оекй Или [ Н^ на колебания уровня озера Балхаш.

Рис.5. Среднегодовые значения потерь стока в дельте реки Или.

значение Уяу. за фазу регрессии оз.Балхаш (1911-1946 гг.) равен 4,28км3/год, а за фазу трансрегрессии (1947-1969 гг.) - 2,01 км 3/год.

Резкое уменьшение потерь стока в периоды 1915-1920 гг., 1923-1927 гг., 1942-1945 гг. и их увеличение в периоды 1921-1925 гг., 1932-1934 гг., 1951-1959 гг. и 1965-1969 гг. является следствием влияния климатических факторов. Материалы исследований данного раздела показывают, что потери стока в дельте р.Или существенно зависят от стадии развития водотоков дельты. При выполнении гидрологических расчетов, связанных с определением притока воды в оз.Балхаш и изменением его уровня, необходим обязательный учет влияния стадии развития дельты. Неучет этого фактора может привести к существенным ошибкам.

ГЛАВА V. ГИДРОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО СТОКА ПО ВОДОТОКАМ СОВРЕМЕННОЙ ДЕЛЬТЫ.

Русловые процессы, происходящие в дельтовых протоках, имеют свои отличительные особенности. Основные из них следующие. Дельтовые зодотоки протекают в собственных отложениях, в русловом процессе аккумуляция преобладает над эрозией, т.е. русловые деформации, в основном, косят однонаправленный характер. В большинстве случаев нет ограничений плановым перемещениям русел водотоков, и русловые деформации происходят по типу свободного и незавершенного меандрирования. Продолжительность "жизни" дельтовых проток значительно (в десятки п сотни раз) короче времени существования транзитных рек и по этой причине русловые процессы в дельтовых протоках у

"протекают с большей шгтенсианостью. Ввиду того, что процесс дель-тообразования является стадийным и цикличным, направленность и интенсивность протекания русловых деформаций в разные фазы развития дельты будут различными. Эти особенности деформации дельтовых водотохов характерны и для проток дельты р.Или.

Также отметим, что удлинение водотоков дельт региона в основном происходит за^ счет меандрирования. По данным Р.М.Хайдарова, длина рукава Или в начальной стадии развития составляла 145 км. Со временем русло удлинилось на 85 км. Из них 15 км приходится на дельту выдвижения, а остальные 70 км - на меандры. Для более молодой протоки Жидели эти величины соответственно равны 8 и 26 км.

Для количественной оценхи гидроморфологических факторов и величины деформаций русел водотоков дельты р.Или выполнены следующие исследования:

1) путем сопоставления топографических карт съемки различных лет изучена плановая деформация русел основных проток дельты;

2) путем измерения глубины потока в различных створах по

длине более развитых излучин рукава Жидели и проток Когалы-Иир исследована глубинная деформация русел проток;

~ 3) путем периодического - снятия отметок дна на фиксированных вертикалях основных проток исследованы изменения отметок дна - ---------

русла в течение года.

Эти материалы показали, что русла водотоков интенсивно меан-дрпруют. Процесс меандрировання начинается с его истока и постепенно перемешается вниз, вслед за зоной отложения наносов. Например, длина рукава Жидели от истока до р.ппилхн Когаггм-Жидели по тоиокарге 1956 г. составила 26 км, а по топокарте 1965 г. длина указанного участка равняется 35 км, т.е. за 9 лет длина водотока увеличилась на 9 ки, а коэффициент извилистости возрос от 1,1 до 1,5. В то же время длина протоки Когалы от развилки до ??стокн протоки Белоно-говская за период с 1956 по 1965 гг. не изменилась. За 9 лет на первом участке, длиной около 35 км, образовались 10 речных излучин. Причем 4 из них прошли все фазы своего развития (от начала меандрировання до прорыва перешейка). Таким образом, полная фаза развития излучин для условий р.Или, до зарегулирования стока,, т.е. в условиях свободного транзита наносов и большой мутности потока, не превышает 10 лет.

Данные о размывах и намывах русла рукава Жидели, вычисленные по результатам сопоставления топокарты 1956, 1965 и 1989 гг. показывают, что средняя скорость размыва берега составляет 46.4 м/год, а средняя скорость намыва берега с 1956 г. по ¡965 г. составила 36,3 ч/юд. При этом крайние значения средней скорости деформации береговой линии лежат и пределах 11,0-131,9 м/год для размыва и 3,6 - 65,2 м/год для намыва. Площадь размыва колеблется от 100 до 1900 тыс.м4, а намыва -120-940 тыс.м2 . Длина фронта размыва изменяется от 700 до 2100 м. За указанный период береговая линия для различных излучин сместилась от 200 до 1300 м.

Величина средней скорости размыва берега для протоки Жидели в 7-9 раз больше скорости размыва берега вышележащих транзитных участков рек.

Начиная с 1965 г., особенно после зарегулирования стока р.Или Капчаганским водохранилищем, интенсивность плановых смещений береговой линии уменьшилась примерно в 4 раза. За 24 года скорость размыва берега составила 12 м/год. Это объясняется тем, что в зарегулированных условиях приток наносов в дельту сначала сократился более чем и 4 раза (с 14 до 3,4 млн. ' т* в год). Также существенно уменьши-даст, величина максимального паводкового расхода реки.

В результате построения совмещенных графиков притока к вершине дельты и от тока из нее установлено, что в гидравлическом режиме дельты выделяется 3 характерных периода:

1) зимний и ранне-весенний период (1-Ш и XII месяцы). Расход, поступающий в дельту, проходит практически транзитом (при отсутствии заторов и зажоров); весенне-летний период (IV - VI месяцы). При увеличении расхода происходит разлив и накопление воды в озер-ньрс системах. Уровень воды в озерах повышается. До 50 % стока рукава Жидели задерживается в дельтовых озерах. Так, при увеличении поступающего в дельту расхода воды от 350 до 620 м3 /с отток составляет от 300 до 400 м3 А . осенний период (1Х-Х1 месяцы). Начинается отток из дельты. Отток происходит практически при постоянном расходе.

Результаты совместного анализа кривых зависимости расходов (С>=Г(Н)), площадей поперечного сечения ^ = <р( Н)) и средних скоростей течения (V = у(Н)) от уровней воды, построенных для гндропостов по данным за многолетний период, показывают, что на всех постах наблюдается неоднозначность зависимостей между расходом и уровнями воды из-за ледовых явлений и деформации русел как внутри года, так и в многолетнем разрезе. Ледовые явления весьма существенно влияют на эти зависимости. Расходы воды в зимний период при определенном уровне в 1,5-3,0 раза меньше, чем при том же уровне, но при свободном русле. В периоды свободного русла многолетними кривыми расходов воды можно пользоваться только по 3 гидропостам верхней части дельты. Это - гидропосты р.Или - уроч.Капчагай, р.Или - с.Ушжарма и протока Суминка - в 6 км ниже истока. По остальным гидропостам кривыми расходов, осредненными за многолетний период, пользоваться нельзя, либо из-за большого разброса точек измеренных расходов воды, либо из;за односторонней направленности деформации русла (намыв или размыв в течение ряда лет подряд). В этих случаях необходимо пользоваться кривыми расходов конкретного года, в котором русло по своему состоянию близко к расчетному.

Анализ графиков связи соответственных уровней и расходов воды на гидропосгу р.Или-уроч.Капчагай и гидропостах в низовьях и дельте р.Или показал, что они вполне удовлетворительны для верхней части дельты, имеют более сложный и приближенный характер в ее нижней части, из-за большой деформации русел, перераспределения стока между протоками, ниличия в этом районе озер, а также вследствие: влияния уровня оз. Балхаш.

Впервые был тучен режим твердого стока водотоков дельты реки Или.

Были исследованы:

- изменения мутности потока (Б) до и после регулирования стока ;

- внутригодовое распределение твердого стока основных водотоков дельты;

- построенны разностные интегральные кривые стока наносов;

- вычислены основные характеристики стока взвешенных наносов;

- составлена схема изменения расходовнаносов и мутности потока по пространству дельты.

Краткие^ результаты - исследований- гидрологических факторов следующие. В зарегулированных условиях твердый сток на шдропосту-р.Или -уроч. Капчагай снизился с 358 до 3,4 кг/с, т.е. более чем в 100 раз, а сток наносов и верховьях дельты снизился с 443 до 101 кг/с, т.е. уменьшился лишь в 4,5 раза (р.Или - с.Ушжарма). Регулирование стока привело к увеличению зимнего стока наносов (в 3,5 раза) и значительному уменьшению летнего. Мутность потока по длине дельты уменьшается с 420 до 44 г/м'. В протоку Жидели наносы поступают в большом коли -честве , по мере движения - S уменьшается (в истоке S=507 г/м5, пост Архар 3=265 г/и' и ira выходе из Асаубайских озер S=15 г/м3). Происходит интенсивное з?.'шение оз. Асаубай. Большая часть переносимых рекой наносов относится к мелким фракциям, их диаме^тр не превышает 0,25 мм.

Для исследования роли гидравлических факторов разработана математическая модель расчета распределения жидкого и твердого стока по водотокам дельты реки Или . Предполагается, что модуль сопротивления русла Fi обладает свойством инвариантности, т.е. эту величину можно рассматривать как функцию только средней отметки уровня воды на расчетном участке. Данная модель отличается от модели К.В. Гришанина и В. В. Иванова тем , что уравнения балансов расходоз воды и наносов учитывают испарение воды и составлены для каждого узла разветвления. Это имеет важное значение для дельт аридной зоны с большими затратами воды на испарение и транспирацию.

Для решения использована разновидность итерационного метода -метод релаксации. Расчет начинается с определения нулевого приближения отметок свободной поверхности потока (Н\), После чего рассчитываются нулевые приближения расходов воды в рукавах. Затем определяются величины невязок (а°к^ которые являются следствием неточности нулевого приближения. В случае, когда а°к не превышает установленной точности сходимости, расчет прекращается. В противном случае вычисляется поправка к отметке свободной поверхности в узле с максимальной невязкой. Датее определяется исправленное значение уровня воды в узле. Расчет ведется в той же последовательности,как и для нулевого приближения , до тех пор, пока не будет выполнение условие точности расчета.

По результатам гидравлических расчетов получены отметки свободной поверхности потока для всех узлов разветвления и расходы воды и наносов во всех водотоках, включенных в расчетную схему,по величинам расхода воды в вершине дельты и уровню воды в оз. Балхаш. Эти результаты имеют весьма важное значение при проектнровани и осуществлении водохозяйственных мероприятий в дельте реки Или. В част-ности,они могут быть использованны рыбхозами при определении необходимых попусков из Капчагайского водохранилища , достаточных для

миграции рыб из озерных систем в русла водотоков, и наоборот. Кроме того, при дальнейшем снижении стока реки Или модель позволяет выявить те озерные системы и дельтовые участки, которые останутся без воды. £

Расчет выполнен при тех значениях расхода воды в вершине дельты ((2=300.565.600 мУс) и двух значениях уровня Балхаша (341,00 и 341,40 м БС).

Результаты сопоставления расчетных и измеренных расходов дали приемлемые отклонения.

Преимуществом предложенной математической модели является то, что она позволяет определять расходы воды в водотоках, где ведутся только эпизодические наблюдения за расходом и уровнем воды, т.е. для включения в расчетную схему достаточно провести разовые измерения в намеченных пунктах. При изменении пропускной способности водотоков дельты в результате русловых деформаций , расчетную модель можно откорректировать, включив в нее новое значение модуля сопротивления, вычисленное по данным последних промеров. В математическую модель расчета включены все основные рукава и протоки дельты, их насчитывается больше 25, гидропосты Казгоскомгидромета имеются только лишь на 8 протоках.

VI. КРУПНОМАСШТАБНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ И ВОПРОСЫ УСТОЙЧИВОСТИ ДЕЛЬТОВЫХ ПРОТОК.

Для выяснения механизма нарушения плановой устойчивости открытого взвесенесущего потока под влиянием гидродинамических факторов проводились натурные измерения его турбулентной структуры. В силу сложности этого процесса в дельтовых протоках для опытов был выбран прямолинейный призматический участок Тасмурунского . канала ( ТМК), находящийся в одинаковых природных условиях с дельтовыми протоками. Полевые исследования проводились ежегодно в течение 1980-1985 гг. в три срока: весной -перед пуском воды, ^ летом - после наполнения канала и осенью -после его опорожнения.

Пульсации скоростей течения воды измерялись микровертушками и вертушками системы "Ингури", которые дают контакты через 0,5 оборота лопастного винта. Импульсы вертушек записывались на лагту быстродействующего самописца марки Н-327/3.

Обработку полученных рядов реализации производили на ЭВМ ЕС-1030 методами корреляционного и спектрального анализа с применением цифровых фильтров. Нами при обработке принят косинус-фильтр.

С целью достижения достоверных результатов, полученный ряд длиной 1500 сек обрабатывался при 12-ти периодах осреднения То=24, 30, 48, 60, 72, 120, 180, 240, 360, 500, 750 и 1500 сек. Корреляционный""же анализ выполнен при различных значениях максимального сдвига фаз тм = 48, 60, 72, 120, 144, 180, 240, 360, 500 и 750 с. При указанных То и тм были подсчитаны корреляционные функции к построены соответствующие им кривые. Эти результаты показали, что время нулевой корреляции (первое пересечение корреляционной функции с осью абсцисс) зависит от То и увеличивается с возрастанием периода осредне-ния.Нсшрнмер, при шыспешш 'Го от 24 до 380 с тм возрастает от 2,3 до 20,2 с, а при дальнейшем увеличении периода осреднения хм практически не изменяется Отсюда вытекает, что дда исследования крупномасштабных турбулентных пульсаций период оереднешг^ должен быть достаточно большим. В противном случае можно получить искаженное представление о размерах крупномасштабных турбулентных возмущений, т.к. при малых То исключаются из рассмотрения турбулентные возмущения с частотой менее 1/То . На наш взгляд} указанный фактор является основной причиной расхождения в размерах турбулентных вихрей по данным различных авторов.

Функция спектральной плотности S(co), характеризующая вклад пульсаций определенной частоты п энергию пульсаннонного движения, также зависит от 'Г» . С увеличением периода осреднения максимальная ордината величины S(ro) возрастает и максимум смешается и сторону низких частот. Таким образом, и русловом потоке четко выделяются крупномасштабные вихри турбулентности, их можно обнаружить только при периодах осреднения более 360 с. Для этого продолжительность измерения должна составлять более 1000 с.

Используя гипотезу Тейлора о замороженной турбулентности, вычислили продольный масштаб турбулентности по трем формулам:

U

СО Ср

lo = и То , . (7)

U

Imnx —■----- у ($)

Ю тыс

где

1 - продольный размер турбулентных вихрей;

и - осредненная местная скорость; оз - частота пульсаций.

Причем первая формула определяет средний размер вихрей, вторая - так называемый инерционный масштаб и третья - размеры крупномасштабных вихрей, на которые приходится максимум функции спектральной плотности, следовательно максимум энергии турбулентности.

В табл.3 приведены указанные выше масштабы турбулентности и числа Струхаля (относительный масштаб) для различных точек по 1лубине потока. :

Как видно из таблицы средний масштаб турбулентных вихрей, вычисленный по формуле ( 6 ), по глубине потока почти не изменяется, оставаясь примерно равным двум глубинам потока. Инерционный масштаб изменяется от 2,5 до 6,0 глубин потока, а размеры крупномасштабных возмущений резко увеличиваются в средней части потока, изменяясь от 2 до 40 глубин потока.

Таблица 3

Значения характерных масштабов турбулентности и чисел Струхаля (р1>) в 1 створе ТМК

Томка и, По средне» частоте По времени нулевой По макималыюй

измерении корреляции спектрально» плотности

см/сек Шср, 1/с Ър> м. р1. То, с ь, м рЬ СЗпмх, 1/С ш рЬ

дно 31,3 0,114 2,7 0,680 14,7 4,6 0,409 0,0127 24,5 0,076

0,8 42,2 0,096 4,4 0,428 17,2 7,3 0,258 0,0131 32,5 0,057

0,6 48,4 0,109 4,5 0,420 21,0 10.2 0,184 0,0127 38,-1 0,049

0,4 52,6 0,121 4,4 0,430 21,7 11,4 0,164 0,0073 72,0 0,026

0,2 55.8 0,120 4,7 0,400 10,0 5,6 0,335 0,0127 43,9 0,043

пов. 56,4 0,138 4,0 0,440 6,4 3,6 0,518 0,0494 11.4 0,164

Примечание: Ь=187см. Корреляционный и спектральный анализ выполнен при То = 240 с.

Измерения размеров донных русловых форм на Тасмурунском и Ба-хакасском магистральных каналах показали, что поступившие в каналы влекомые наносы движутся в виде побочней (мезоформ) шириной порядка (0,6 - 0,8) В, а дайны их достигают 2 -3 значения ширины канала. Поверху мезоформ наносы перемещаются в виде небольших песчаных гряд (микроформы). Данные измерений (после прекращения подачи воды в Тасмурунский канал) размеров 15 гряд дали следующие результаты: максимальная длина грады - 10,7 м, минимальная - 3,2 м и средняя длина гряд • 6,5 м. Высота гряд изменилась от 10 до 28 см.

Длина донных гряд (мпкроформы) изменялась от 1,7 до 5,7 глубин потока и практически совпадает с продольным размером мезовихрей (■'"ерпчонныи-- масштаб турбулентности). Размеры крупномасштабных турбулентных вихрей (в сред71ей~ча<гт~гтотока) изменяются от_ 1,5 де 3,0 значений ширины кашыэ и соизмеримы с продольными размера-¡оезофср":.

Таким образом, в земляных каналах под влиянием гидродинамических факторов возникают крупномасштабные вихри турбулеит-«ггш ("размерами о г 'С до 49-50 глубин потока), в которых сосредо-.;:'.Т',и«лс;1 до 90% энергии пульсаш'онного движения жидкости. Этп крупномасштабные вихри турбулентности нарушают локальную ..-^«„„„пгт,, потока и обуславливают возникновение (отмеченных

niritic, iiriinrt4iibiX :.10рфс,гтр;'*ту|> liOiCKii.

Результаты натурных исследований руссяоЧ ту;ю<^катаосп: " последующем были использованы для выяснения природы плановых смещений русла в местах водоотвода и в узлах вододеления, а также были использованы для расчета транспортирующей способности русла в период зимнего промыва дельты р.Илн.

Наблюдения за узлами разветвления водотоков дельты р.Или показали, что с течением времени оголовок второстепенной протоки (бокового отвода) постепенно смещается вниз и искривляется. При-■■ -;?м г.ьние козрас! бо-отаго сте^дя, тем больше кривизна головной ■<:;;■! .-ri»'.-к н ;ra большую не.чичину сают.й» тпгиз се огояовук. Тя-: - •'.••■>|->ча оголовка уша разеетплстат, сформированная при евсёодилм ■ ..: ¡о •.•то»ых деформации, обеспетнпает минимальный захза;

".........sv.7; :î:uîoco^ з йоксйой отвод и удлиняет срок его pafvuw. г.е. е

•• • . :.л." ;>д* "-ш леиетпуот механизмы самосохранения есготзеш'.ог» ; и •;>*.•! '1 ирямление голевнеи части протоки с целью у^еп^ченпг се •л': ! -ллдюд способносги д;>ег кратковременный эффект, т.к. она (5ы-! ; о - ci, ¡легсл

Таким образом, при оценке устойчивости коротких участков дедьто-ппоток а также местных явлений в узлах разветвления водотоков • ; .'до ; чягптпь ососеннсста тптутр?ри(*й структуры потока ( на.. - л . ; у 'г аоелоддпюл и нисходящих и поперечных течении), И данном случае определяющим иуда гидродшшмнческнй фактор.

ГЛАВА УН. АНТРОПОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ' ТТО уг;ол п ггьтшк) РЕЖИМОМ ДЕЛЬТЫ.

После регулирования стока реки Или режим течения и характер об-v ,,:;спч;;сти дельты резко изменились. За периоде 1974 по 1985 гг. пло-н-адь водных угодий дельты сократилась с 1209 до 354 км2. Часть дельтовых озер обсохла . Обмелевшие озера заросли тростником и превратились в заболоченные земли.

Изменения гидрологического режима реки вызвали существенные нарушения естетсвенных русловых процессов в сложной системе дельтовых протоков. Причем наиболее интенсивные русловые деформации произошли по длине самой многоводной магистрали Жидели- Когалы-Шагырай-Аксерке-Иир.

Анализ кривых зависимостей расхода воды, площади живого сечения потока от уровней воды на гидропостах в низовьях реки Или и ее дельте за многолетний период, выполненные автором, показали: На участке от Капчагайской ГЭС до гидропосга рукав Жицели - в 16 км ниже истока (247 км от КГЭС) идет общий размыв,и уровень воды за период с 1979 по 1990 гг. снизился следующим образом:

- на гидропосту река Или - уроч. Капчагай (26 км от КГЭС) - на 70 см ;

- река Или-с.Ушжарма (193 км от КГЭС) - на 30 см ;

- на гидропосту рук. Жидели - в 16 км ниже истока • / примерно на 20 см. На участке до развилки Жидели-Когалы (262 км от КГЭС) имеет место свободный транзит наносов. Далее идет процесс отложения наносов и отметки дна проток повышается. На протоке Шагырай - район пос. Кошкарбай (350км от КГЭС) уровень воды в 1986 г., по сравнению с 1965 г., повысился на 2,0 м. Протока Аксерке - район развилки пос. Ушкалмак (332км от КГЭС) повышение уровня составило 2,5 м. Протока Иир - в 2,5км выше впадения в оз. Балхаш с 1969 по 1985 гг. уровень воды снача-ло понизился на 35 см, а с 1986 г. уровень воды на гидропосту повысился на 10 см.

Такие резкие понижения уровня воды в нижнем течении реки Или и его повышение на водотоках и в водоемах дельты оказывают отрицательное влияние на природно - экологическую систему и жизнедеятельность хозяйств, рассположенных в дельте реки Или.

Одним из путей рационального использования водных ресурсов и повышения биопродуктивности дельты является создание исскуственных регулируемых озерных систем. -

Т.е.., возникают две основные задачи:

- поддержание обводненности дельты в оптимальном режиме;

- увеличение (восстановлдение) пропускной способности отдельных дельтовых систем.

Характер обводненности территории дельты можно регулировать путем перераспределения стока по территории дельты. Увеличить пропускную способность водотоков дельты можно путем регулирования русла различными гидротехническими сооружениями, землечерпанием, исскуственным увеличением транспортирующей способности потока, гидравлической промывкой русла повышенными расходами воды и так далее.

Землечерпание, в основном, рассматривается как локальное средство для поддержания необходимой глубины и увеличения площади жи-

вого сечения потока до необходимых для пропуска заданного расхода

воды.

Регуляционные сооружения помогают изменять в плане и попе— речном сечении русло реки, изменять местное направление перемещения

наносов, управлять кинематичекой структурой потока" как в узлах раз----------

ветвления водотоков дельты , так и по их длине.

В условиях острого дефицита водных ресурсов в бассейне надо стремиться предотвратить возникновение больших потерь стока в дельте р. Или . Этого можно добиться путем продления русловой фазы развития дельтовых проток. Но бесконечно продлевать русловую фазу водотоков дельты нельзя, так как они имеют сравнительно небольшой срок "жизни". При наступлении многоводного периода гидрологического цикла реки Или можно искусственным путем создать озерную фазу развит ия дельты, временно направив значительную часть стока реки в понижения местности, что приведет к увеличению уклона водной поверхности и средней скорости потока в транзитной части дельтовых проток. При этом придут в движение аллювиальные отложения, осевшие в руслах проток, т.е. произойдет гидравличекая их промывка, как следствие, значительно повысится общая пропускная способность дельты.

С целью обводнения правобережной дельты и увеличения расходов по старым протокам КетпенкаЛды, Кадырбай, Арыстан и по каналу Заготскотскому, обводняющему Кертюбельскую систему озер (рис. 2), в 1982 г. по проекту института "Казшпроводхоз" был построен вододели-тельный гидроузел в районе развилки Жидели-Когалы, который состоял из 4-х пролетного шлюза-регулятора и земляной плотины. Подпор от во-доделителя должен был распространяться вверх по течению до головы левобережных проток Калган-Или и Суминка. Однако головные участки всех проток были настолько заилены, что не дало возможности поднять воду и увеличить их расход. При очередных зимних попусках из Кап-чагайского водохранилища землянную плотину размыло., й шлюз-регулятор остался на сухом берегу. Прорывная волна размыла начало протоки Когалы и ускорила процесс сосредоточения в ней расходов воды. Наконец, в 1986 г. на основной протоке Когалы-Иир завершилась русловая фаза развития. Дальнейший анализ обстановки показал, что , если протекающие в дельте процессы будут продолжаться "естественным путем" , то в ближайшее время, а в случае повышешшх попусков из Кап-чагайского водохранилища - сразу, произойдет прорыв воды из озер Ша-гырайской системы в пониженную область рельефа между протоками Когалы и Или, в результате начнется новая озерная фаза развития дельты, связанная с большими потерями воды для оз. Балхаш.

Учитывая сложившуюся ситуацию и необходимость повышенных пропусков из Капчагайского водохранилища для стабилизации быстро падающего уровня оз. Балхаш, в сентября 1986 г. Минводхозом республики были выполиенны работы по расчистке и уширению головного

участка протоки Жидели. Расчистку головного участка удалось завершить к началу зимнего ледостава, что создало весьма благоприятные условия дальнейшего "саморазмыва" его русла. Условия зимы 1986-1987 гг. были весьма суровые , толщина льда по всей длине протоки превы-ш{ша 80 см, а местами достигала 1,0м. В этих условиях были организованны зимние попуски из Капчагайского водохранилища, величина средних расходов постепенно увеличивалась и к концу срока достигала 430 м3/с, вместо обычных 250 м3/с , причем вода проходила под толстым льдом не взламывая его. Происходил интенсивный размыв дна протоки, сложенной рыхлыми :мелкозернистыми грунтами. Поскольку протока Когалы была стеснена, а все мелкие протоки и прорывы в береговых валах промерзли до дна, то значительная часть расхода, до 90 м3/с проходила по протоке Жидели, усиливая процессы ее гидравлического размыва. Эти процессы продолжались и летом 1987 г., в результате русло этой протоки в среднем углубилось на 1,3м, а максимальные глубины увеличились с 2,0м до 4,02 м.

Как показал анализ результатов промерных работ 1988 г. и 1989г., аналогичный процесс гидравлического размыва произошел и на других протоках: Белопоговская, Паршинская, Кустастая. Также "оживились" западные протоки Байменей, Базарбай и Караузяк. В целом общая пропускная способность дельты резко увеличилась, что позволило в многоводном 1988 году попуски из Капчагайского водохранилища довести до 17,18 км3, из них в оз. Балхаш попало 13,81 км3, т.е. потери в дельте р. Или , за вычетом безвозвратного водопотребления Акдалин-ского массива 0,5 км3, составили 2,87 км3, т.е. не превышали среднемно-голетнюю величину. Заметим также, что в многоводные 1981 и 1982 гт. при попусках из Капчагайского водохранилища менее 14,0 км3 / год , потери в дельте составили соответственно 4,64 и 5,27 км 3/год, т.е. были примерно в 2 раза выше. Это свидетельствует о том , что прорыв паводковых вод в упомянутые выше понижения и переход в озерную фазу развития дельты был практически предотвращен, а приток в озеро Балхаш был существенно увеличен, что и позволило поднять его уровень почти на 1,0 м.

В диссертации разработаны методы управления русловыми процессами в дельте при помощи сквозных сооружений; показано, что эти сооружения позволяют получить любое распределение жидкого и твердого стока как по ширине русла, так и по глубине потока, т.е. получить поток за сооружением с заданными гидравлическими характеристиками. Также приводится пример регулирования русловых процессов у головы протоки Топар 1 системой сквозных шпор.

В работе рассмотрены следующие схемы расположения сквозных сооружений по глубине потока: сквозные сооружения расположены'на всю глубину потока, донное , поверхностное и внутреннее расположение сквозных сооружений, Эти сооружения могут быть расположенны по

ширине русла: у одного берега, в средней части русла и у обоих берегов, рассмотрено 12 схем. Сквозные сооружения, оказывая сопротивление движению потока, отклоняют часть расх'ода воды из застроенной части в

свободную. В результате происходит перераспределение расходов по ши---------------

рине русла и по глубине потока. В потоке возникают,кроме поступательного течения воды, внутренние течения (поперчное, восходящее и нисходящее).

Перераспределение расходов в свою очередь оказывает влияние на характер распределения влекомых потоком твердых частиц по глубине потока и по ширине русла. При этом влияние горизонтальных и вертикальных течений на распределение наносов в толще потока неодинаково. Горизонтальные течения оказывают большое влияние на перемещение влекомых наносов. Объясняется тем. что горизонтальное смещение потока происходит, в основном, за счет донных и.придонных слоев потока. Вертикальное нисходящее течение способствует концентрированию основной массы наносов в нижних слоях потока, а восходящее течение оказывает выравнивающее влияние на распределение наносов по глубине.

Для количественной оценки влияния сквозных сооружений на кинематическую и динамическую структуру потока надо знать пропускную способность отдельных частей русла в зависимости от размеров сооружения и гидравлики потока. Так, зная величину расхода,

проходящего через застроенные и свободные части русла, мы можем определить остальные гидродинамические характеристики потока за сооружением и прогнозировать, какие изменения будтут происходить при этом.

В диссертации даны выводы расчетных формул для определения пропускной способонстн застроенной и свободной частей русла для всех рассмотренных схем и составлена сводная их таблица.

Заключение

На основе теоретических и экспериментальных исследований впервые разработаны основные прттцтты системного янялиза процесса формирования и перестройки внутриконтннентальных дельт с выявлением основных факторов,влияющих па дельтовые процессы на различных структурных уровнях, разработана методология анализа и расчета и осуществлена ее реализация на примере дельты р.Илн. Установлены принципиальные различия механизма формирования и перестройки морских и внутриконтннентальных (озерных) дельт. Впервые изучены: палеогеографическая история формирования дельты р.Или: влияние циклических колебаний уровня оз.Балхаш на формирование и перестройку дельты р.Илн; влияние динамики дельты на затраты стока в ней и на колебания фонового уровня оз.Балхаш.

Основные результаты этих исследований заключаются в следующем:

1. В формировании виутриконтинентальных дельт существенную роль играют крупномасштабные циклические колебания уровня приемного водоема. Степень их влияния зависит как от амплитуды, так и от соотношения продолжительностей циклов колебаний уровня озера и дельтообразования.

2. По масштабу воздействия во времени и в пространстве природные факторы дельтообразования разделеныи на 4 группы: геоморфологические, гидрологические, гидравлические и гидродинамические. Отдельно выделены антропогенные факторы.

3. 'Применение принципов системного анализа позволило впервые установить следующее:

- реки Амударья и Сырдарья неоднократно меняли направления течения, впадали в различные тектонические понижения,образовывали серии дельт;

- р.Или, перемещаясь по огромной территории Южного Прибалхашья,образовала 6 серий дельт, 4 из них приходятся на послеледниковый период;

- вековые и многовековые колебания уровня оз.Балхаш приводили к образованию новых дельт с сильно разветвленной гидрографической сетью, внутривековые - к образованию небольших дельтовых систем, типа современной Топарской;

- динамика дельты р.Или (смена озерной фазы на русловые и обратно), в свою очередь, влияет как на амплитуду, так и на длительность цикла колебания уровня озера;

- потери стока в дельте р.Или существенно зависят от стадий ее развития, потери в озерной фазе значительно больше, чем в русловой;

- в русловых потоках возникают турбулентные вихри значительных размеров и их можно обнаружить только при достаточно большом периоде осреднения. Мезо- и макромасштабные вихри турбулентности нарушают локальную устойчивость потока и обуславливают возникновение в русле первичных русловых форм в виде микро- и ме-зоформ. ^

4. Анализ материалов наблюдений и картографических материалов показал, что регулирование стока р.Или существенным образом изменило гидролого-морфологические процессы, происходящие в дельте и гидрологический режим дельтовых водотоков, именно : среднегодовой приток к вершине дельты сократился с 14,7км3/год до 12,2 км3/год. Изменилось внутригодовое распределение стока. Зимние и осенние расходы возросли, а доля летних расходов уменьшилась; резко сократился сток наносов в верховье дельты; происходит усыхание дельты, второстепенные водотоки отмирают, сток реки сосредотачивается в ограниченном числе проток; нарушился естественный процесс взаимодействия потока с

руслом реки. В нижнем бьефе КГЭС происходит общий размыв, продукты размыва откладываются в водотоках дельты.

5. Для количественной оценки гндроморфологических процессов, происходящих в современной дельте р. Или, разработаны: математическая модель расчета распределения жидкого и твердого стока по водотокам дельты в зависимости ог расхода «оды в ее яергаине и уровня оз. Балхаш; гидрометрическая модель взаимосвязей и распределения расходов и уровней воды в низовье р. Или и дельте при различных попусках из Капчагайского водохранилища.

6.Подробно исследованы закономерности формирования наиболее крупных узлов разветвления дельты р.Или и изучен механизм дешшг гщщссгс п твердого стока между смежными водотоками. На оснозс этих материалов разработаны рекомендации! по улуппггпто условий водозабора в Топарскую систему и протоку Жидели.

7.С целью увеличения пропускной способности дельтовых проток зимой 1986-1987 гг. произведена гидравлическая промывка дельты повышенными расходами воды. В результате резко увеличилась общая пропускная способность дельты, особенно заиленой протоки Жидели.

8. С целью управления русловыми процессами в дельтовых протоках предложены различные схемы сквозных сооружений , которые могут быть установлены как в узлах разветвления ¡^ошяння^одотоков , так и

п любом сечении по длине протоки. Эти сооружения позволяют регулировать режим жидкого и твердого стока в вукчогд направлении , т.е. получать за сооружение?? практически любое распределение гидравлических характеристик потока.

В работе приведен пример регулирования русловых процессов у головы протоки Топар \ системой еппозныхшпор.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1 .Поперечное течение г- открытом русле , обусловленное сквозными сооружениям!.».// 1 пуды ТИИМСХ .Ташкент, 1974 ,вып.72.-С.б!-69. (Соавтор - Р.Ж.ЖУЛАЕВ).

2.Расчет максимальной глубины воронки размыва у сквозных берегозащитных шпор./ЛГруды ТИИМСХ, Ташкент , 1975, вып.76.-С.3-14.

3. К определению пропускной способности сквозных сооружений.// Труды ТИИМСХ, Ташкент, 1977, вып. 89. - С. 18-24.

<!. Определение пропускной способности сквозных сооружений^ установленных в различных частях открытого русла.// Труды ТИИМСХ, Ташкент ,1980, вып.113, - С.62-71.

5.0ценка интенсивности поперечного течения потока, обусловленного сквозными сооружениями свайного типа Л Труды ТИИМСХ, Ташкент , 1981,вып. 132. -С.72-79.

6.Крупномасштабная турбулентность и вопросы устойчивости крупных каналов.// Тезисы докладов XX Конгресса МАГИ, Москва, 1983.(Соавторы - В.С.Алтунин, А.А.Турсунов).

7. Роль крупномасштабной турбулентности и вопросы устойчивости земляных каналов.//Гидротехническое строительство, 1983, №11.-С.37-41. (Соавторы - В.С.Алтунин, А.А.Турсунов).

8.Проблемы рационального использования водных ресурсов бассейна оз. Балхаш. II Тезисы научно-практической конференции, посвященной 50-летию КазГУ, Алма-Ата, 1985.-С.34. (Соавторы А.А.Турсунов, И.М.Мальковский).

9.Физическая модель оз.Балхаш. //Проблемы комплексного использования водяных ресурсов Или - Балхашского бассейна. Алма-Ата, 1985.-С.43-47.(соавторы Р.Х.Дюсенова, Ф.Н.Цой).

10.Крупномасштабная турбулентность в земляных каналах по данным натурных изменений. // Труды V Всесоюзного гидрологического съезда,Л.,1988, том 10 ,книга 2. - С.341-346. (Соавтор - А.А.Турсунов).

11 .Палеогеографические аспекты формирования дельт реки Или.// Тезисы докладов IV Координационного совещания НТС "География" Госкомобразования СССР, Луцк ,1989. - С.42-44. (Соавтор -М.Ж.Жандаев).

12. Формирование дельты реки Или.//Эрозионные и русловые про-цессы.Луцк, 1991.-С.101-107. (Соавтор -М.Ж.Жандаев).

13'.Исследование режима жидкого и твердого стока основных проток дельты р.Или. // Доклады Всесоюзного совещания гидроэкологов, М., 1991.-С.31-46.

14.Деформация русел водотоков дельты после зарегулирования стока р. Или Капчагайским водохранилищем. II Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана, Алматы .I993.-C.130-133. (Соавтор - Л.П.Мазур).

15.Тенденция развития русловых деформаций и транспортирующая способность основных проток дельты р. Или. // Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана, Алматы ,1993.-С. 124130.

16. И следование закономерности изменения стока р.Или в пределах ее дельты. // Гидрометеоролог™ в Казахстане. Алма-Ата ,1993.- С. 53-60. ( Соавтор - К.А.Тулебаева).

П.Ииженериые мероприятия в узлах разветвления водотоков дельты р.Или и их влияние на гидрологический режим основных проток.// Вопросы гидрологического и, гидравлического режима рек Казахстана, Алматы ,1993.-С. 18-28.

18.Расчет распределения расходов воды по рукавам дельты р.Или гидравлическим методом. //Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана, Алматы, 1993.-С.110-118. (Соавторы - К.К. Дускаев, С.К.Ахметов).

19. Анализ взаимосвязей и распределения расходов и уровней воды__________

з низовье и дельте реки Или при различных попусках Капчагайской ГЭС. //Вопросы гидрологического и гидравлического режима рек Казахстана. Алматы, 1993.- с. 104-110. (Соавтор - Л.П.Мазур).

20. Опыт гидравлической промывки дельты р.Или в зимних условиях. //Вопросы гидрологического н гидравлического режима рек Казахстана. Алматы, 1993.- с. 118-124. (Соавтор -А.А.Турсунов).

21. Методика расчета и особенности распределения полей ветра над озером Балхаш в летний период. //Географические проблемы Или - Балхашского бассейна.Алматы, Талым", 1993 г.-с.187-195 . (Соавторы В.С.Череднеченко, Л.М.Шушарина).

22. Распределение твердого стока по водотокам дельты р.Или. //Вестник КазГУ, серия географическая, вып.1,1993. -с. 61-65.

23. Русловые процессы в формирование внутриконтинентальных дельт (напримере дельты реки Или). Алматы, "Рауан", 1994.-c.I92.

24.Антропогенные изменения и экологические проблемы дельты р.Или.//Веспшк КазГУ, серия географическая, вып.2, 1995. с 37-42,' (Соавтор К.К.Дускаев).

25. Investigation of large-scanal turbulence and problems of stability large canals. XX Jahr. Volume Y. Moscow, 1983.-P.243-251.(соавторы B.C. Алтунин, A.A Турсунов).

26.Background fluctuations of Balkhash water-level and dinamics of the Illy delta under mutval influence. //International Symposium on Water Rescftrse and Enviropment in the Central Asia Region/ Urumchi, China, 1993.p.91-92.

27.Antropogenic changes and the future of Illy delta. //International Symposium on Water Resourse and Enviropment in the Central Asia Region/ Urumchi, China, 1993.р.127-128.(соавторы Н.К.Кшппакбаев, А.А.Турсунов).

S. A. Abdrasilov

Formation and dynamics of intracontinental deltas (on example of Ily river and Balhash lake.)

RESUME

Dissertation is dedicated to the exploring of formation and restructuring patterns of rivers' deltas, which flow into runoffless res'ervoirs of Aride zone. Principles of systematic analysis and calculations of intracontinental deltas' regime, taking in consideration the main factors, which have their influence at different structure levels, are worked out here. Its realization is fulfilled on example of Ily's river delta.

С.Э.Эбдрэс^ов

%рлы^гаШк атыраулардыч цалыптасуы жэне динамикасы /1ле езенг мен Балхаш келгнщ нег!31нце/

Д9ЙЕКТЕМЕ

Диссертация туйык су кездерше зуятын цургащылыц эонасыныц вэенцерхнщ атырауларыньщ далыптасу зацвдлщтары мен онца етхп жащан кубылыстарцы зерттеуге арналган. Heriari факторларвдщ ар-турл1 структуралык децгейдегг эсерхн есепке ала отырып курлык™*-Л1к атырауларрыц режимрерхн ееептеу мен системалык; налцаудач адхс-темесх жасалган. Эд1стеме 1ле езенхнхц атырауыныц негхэщце жузе-ге асырыл^и.

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано к печати 23.01 .96. Объем 2,0 п.л.

Заказ /с>2 Тираж 100. Бесплатно.

Типография'ЮТ Минтранса РК.