Водные ресурсы рек бассейна озера Байкал и научные основы их использования и охраны

Гармаев, Ендон Жамьянович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Водные ресурсы рек бассейна озера Байкал и научные основы их использования и охраны
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Водные ресурсы рек бассейна озера Байкал и научные основы их использования и охраны"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. Ломоносова

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

Гармаев Ендон Жамьянович ООЭ44Э4Э5

УДК 556 52 (571 5 + 517)

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РЕК БАССЕЙНА ОЗЕРА БАЙКАЛ И НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ

Специальность 25 00 27 — гидрология суши,

водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

1 6 0 КТ 2008

Москва — 2008

003449495

Работа выполнена на кафедре гидрологии суши географического факультета Московского государственного университета имени M В. Ломоносова

Научный консультант.

А.В. Христофоров - доктор географических наук, профессор Официальные оппоненты•

Н.И. Коронкевич - доктор географических наук, профессор (Институт географии РАН),

К.С. Лосев - доктор географических наук, профессор

(Всероссийский институт научной и технической информации РАН)

А.К. Тулохонов - доктор географических наук, член-корреспондент РАН, профессор (Байкальский институт природопользования СО РАН);

Ведущая организация

Московский государственный университет природообустройства

Защита диссертации состоится 16 октября 2008 г в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 501 001 68 при Московском государственном университете имени M В. Ломоносова по адресу

119991, Москва, ГСП - 1, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 18-01

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан « /¿7» СО</Я$/>-2-2Ж г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор геолого-минералогических наук ¿^u^^êL. В С. Савенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена проблеме научного (гидрологического) обоснования использования и охраны водных ресурсов рек бассейна озера Байкал, включая его российскую и монгольскую территории Для обоснования гидротехнических проектов и долгосрочных планов по использованию и охране водных ресурсов рек необходима система методик расчета (вероятностного прогноза) характеристик речного стока и его внутригодового распределения, которая отражала бы гидрологическую специфику региона (пространственно-временную изменчивость водного стока рек и степень его гидрологической изученности) Для обоснования оперативных решений по использованию и охране вод бассейна необходима система достаточно надежных методик краткосрочного календарного прогноза речного стока и методика оперативного прогнозирования последствий возможных антропогенных нарушений гидрологического режима рек Научное обоснование должно включать принципы и рекомендации по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна и, прежде всего, крупнейшего притока оз Байкал — трансграничной реки Селенга

Актуальность проблемы обусловлена прежде всего тем, что, как известно, оз Байкал в 1996 г включено в Список Всемирного природного наследия ЮНЕСКО как объект, составляющий достояние всего человечества и заслуживающий специального отношения, охраны и внимания мирового сообщества Правовое регулирование в области охраны оз Байкал осуществляется Федеральным законом Российской Федерации «Об охране озера Байкал», принятым в 1999 г и в котором закреплено понятие «Байкальская природная территория» (БПТ) Границы БПТ и ее экологических зон утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации в 2006 г, в пределах которых, в целях сохранения уникальной экологической системы оз Байкал и предотвращения негативного антропогенного воздействия на ее состояние, регламентирована хозяйственная и иная деятельность

Специфика водного режима рек бассейна оз Байкал создает значительные трудности с водообеспечением не только в зимний период, но и в отдельные интервалы теплого сезона В то же время, часто формирующиеся на реках высокие паводки создают опасность для населения и хозяйственных объектов С другой стороны, надежное гидрологическое обоснование проектов и мероприятий по защите от наводнений и использованию водных ресурсов затруднено низкой гидрологической изученностью территории, особенно на монгольской части водосбора Все это в совокупности делает особенно актуальной разработку единых методов расчета стока неизученных и слабоизученных рек бассейна оз Байкал. Применение общих нормативных подходов к гидрологическим расчетам стока рек данной территории оказывается недостаточно эффективным из-за исключительного разнообразия природных условий бассейна Байкала Такое положение вызывает необходимость разработки более совершенных региональных методик, учитывающих природные особенности рассматриваемой территории

Водосбор главного притока оз Байкал — р Селенга находится на территории и под контролем двух стран Для эффективного изучения процессов взаимодействия природы и общества, в целом оптимизации управления природопользованием, бассейновый подход, по Л М Корытному (2001), должен быть одним из основных, особенно на трансграничных территориях Тем более, что в международных бассейнах экологические конфликты приобретают глобальный характер, которые имеют комплексную природу, связанную, прежде всего, с регулированием речного стока и гидротехническим строительством, в целом водопользованием и, как следствие, загрязнением воды Трансграничное положение р Селенга обостряет вопрос разработки рекомендаций по рациональному использованию и охране водных ресурсов региона и научного обоснования разрешения конфликтных ситуаций между водопользователями при различных сценариях вероятного загрязнения (аварийные сбросы загрязняющих веществ и др) речных вод Таким образом, в

данной работе водные ресурсы, вопросы их использования и охраны в пределах всего бассейна оз Байкал рассматриваются впервые

Состояние изученности проблемы. Наибольшее развитие теория расчетов речного стока при отсутствии или недостаточности данных наблюдений получила в нашей стране Это обусловлено огромными масштабами гидротехнического и водохозяйственного строительства, производившимися, как правило, в условиях недостаточной гидрологической изученности Основные достижения отражены в действующих СП 33-101-2003, теоретически обоснованы в работах С Н Крицкого, М Ф Менкеля (1981, 1982) и в трудах ученых Государственного гидрологического института (ГТИ), в частности, в вышедшей в 1988 г под редакцией А В Рождественского монографии «Пространственно-временные колебания стока рек СССР» Большой вклад в развитие теории расчетов речного стока и решение проблем водообеспечения внесен учеными Института водных проблем РАН — Д Я Ратковичем, Л С Кучментом, М В Болтовым и др Достижения науки в этой области отражены в учебниках по расчетам стока А М Владимирова (1990) и В М Евстигнеева (1990) Методические основы статистического анализа, необходимые при построении методик расчета стока недостаточно изученных рек, разработаны А В Христо-форовым

безопасности и устойчивого развития выделяются работы М Ч Залиханова и КС Лосева Значительный вклад в решение теоретических и прикладных проблем использования и охраны водных ресурсов, гидроэкологической безопасности территорий внесен коллективом кафедры гидрологии суши МГУ под руководством Н И Анексеевского

Исследованию в целом водных ресурсов рек отдельных частей бассейна оз Байкал, в частности, вопросам пространственно-временного анализа речного стока и разработке региональных методов его расчета посвятили свои труды многие ученые в разные годы Наряду с монографиями из серии «Ресурсы поверхностных вод» необходимо отметить работы ученых ГТИ и ВО-ДГЕО, включая исследования минимального стока рек Забайкалья и, в частности, бассейна Байкала 3 И Петерсен, годового стока — ВС Вуглинским и серию работ, посвященных зоне хозяйственного освоения БАМ В 1977 г под редакцией В А Семенова и Б Мягмаржава увидела свет монография «Гидрологический режим рек бассейна р Селенги и методы его расчета» Большой вклад в решение рассматриваемой проблемы сделан на кафедре гидрологии суши МГУ, где в 1980-е годы под руководством В М Евстигнеева был разработан комплекс методик расчета стока неизученных рек Забайкалья, включая методику расчета годового стока рек Забайкалья, использующую данные метеорологических наблюдений Большая работа в исследовании водных ресурсов региона в последние десятилетия проведена учеными Института географии СО РАН (А Н Антипов, Л М Корытный, Л А Безруков и др ) В 2000 г была издана монография «Сток рек Бурятии» (Е Ж Гар-маев, В М Евстигнеев, А В Христофоров, Б Б Шайбонов) В начале 2000-х гг разработаны комплексные схемы, это — Комплексная схема использования и охраны природных ресурсов Байкальской природной территории (СОПС Минэкономразвития и РАН, 2003) и Комплексная схема использования и охраны водных ресурсов бассейна Селенги на территории России (Со-винтервод, 2005)

К сожалению, менее подробно изучена монгольская часть бассейна оз Байкал, хотя по площади она занимает более половины всей водосборной территории Кроме упомянутой совместной монографии по бассейну р Селенга, из крупных работ по данной теме можно привести труд коллектива сектора гидрологии Института метеорологии и гидрологии Министерства природы и 01фужающей среды Монголии «Монгол орны гадаргын ус» («Поверхностные воды Монголии») под редакцией Б Мягмаржава и Г Даваа (1999) Из других работ выделяются «Региональная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов реки Сэлэнгэ (на территории МНР)» (1986) и совместная монография «Экосистемы бассейна Селенги» (2005) В настоящее время монгольские гидрологи при исследовании бассейна р Селенга ограничиваются, к сожалению, ее водосбором на своей территории

Все вышеперечисленные работы были посвящены решению гидрологических проблем различных частей водосборной территории Байкала В данной работе проблема разработки научных основ использования и охраны водных ресурсов рек в границах всего бассейна оз Байкал рассматривается впервые

Цель и задачи исследования. Целью работы является на основе анализа водного режима и современного водопользования разработка гидрологических основ использования и охраны водных ресурсов бассейна оз Байкал Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1 Анализ природных и антропогенных факторов формирования стока рек бассейна оз Байкал

2 Описание водного режима и закономерностей пространственного распределения характеристик стока рек бассейна оз Байкал

3 Разработка системы методик расчета различных характеристик стока рек бассейна оз Байкал

4 Разработка системы методик краткосрочных прогнозов расходов и уровней воды рек бассейна оз Байкал

5 Разработка предварительного варианта модели реакции речной системы бассейна оз Байкал на антропогенное воздействие

б Разработка рекомендаций совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной р Селенга Предмет защиты состоит в том, что в работе впервые разработаны научные основы рационального использования и охраны водных ресурсов рек бассейна озера Байкал, включая его российскую и монгольскую территории Научную новизну работы составляют:

1 Единая база данных гидрологической информации по всему бассейну оз Байкал, включая его российскую и монгольскую территории

2 Система достаточно надежных расчетов характеристик годового, максимального и минимального стока и его внутригодового распределения при наличии, недостаточности или отсутствии гидрологических наблюдений

3 Стохастическая модель колебаний речного стока в паводочный период года, разработанная для основных рек бассейна оз Байкал

4 Система методик краткосрочного прогноза водного стока, разработанная для основных фаз водного режима и для различных участков рек бассейна оз Байкал

5. Принципы и методы прогнозирования последствий различных нежелательных и опасных проявлений хозяйственной деятельности, реализованные в виде предварительного варианта модели реакции речной системы бассейна оз Байкал на антропогенное воздействие

6 Принципы совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной р Селенга

7 Прогнозная оценка забора свежей воды в бассейне оз Байкал на 2015 г с учетом ретроспективной оценки и анализа современного состояния использования водных ресурсов и прогнозируемых темпов социально-экономического развития региона

Практическая значимость работы состоит в том, что для бассейна оз Байкал впервые предложен комплекс методик, позволяющих определять расчетные характеристики годового, максимального и минимального стока неизученных рек для решения задач водоснабжения, защиты от наводнений и

строительства речных гидротехнических сооружений в условиях недостаточной гидрологической изученности исследуемой территории Предлагаемые региональные методики позволяют определять расчетные характеристики речного стока с большей точностью по сравнению с действующими нормативами

Требования гидроэкологической безопасности (ГЭБ) и предлагаемая модель реакции речной системы на антропогенное воздействие, сформулированные для бассейна оз Байкал, позволяют прогнозировать реакцию системы водосбора региона на какое-либо природное или техногенное возмущение Выполненная работа дает возможность также значительно повысить научную обоснованность рекомендаций по совместному рациональному использованию и охране водных ресурсов этой трансграничной реки Все это подчеркивает практическую значимость работы, когда Забайкалье в настоящее время рассматривается, согласно А К Тулохонову (2007), одним из претендентов на стратегический регион России в пределах Сибири и Дальнего Востока

Практическая реализация изложенных идей может оказаться полезной не только при совместном использовании водных ресурсов трансграничной р Селенга, но и при использовании и охране водных ресурсов в целом бассейна оз Байкал В целом, содержащиеся в диссертационной работе результаты, выводы и рекомендации могут существенно повысить научную обоснованность и эффективность решений по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна оз Байкал

Полученные выводы будут иметь практическую реализацию в подведомственных организациях Росгидромета в осуществлении функций по мониторингу окружающей природной среды и ее загрязнения в бассейне оз Байкал Полученные результаты полезны для территориальных органов Рос-водресурсов при осуществлении мероприятий, связанных с использованием и охраной водных ресурсов бассейна оз Байкал, предотвращением загрязнения, засорения и истощения рек, выполнения обязательств по Межправи-

тельственному Российско-Монгольскому Соглашению в области использования и охраны трансграничных вод, которое регулирует использование и охрану вод бассейна р Селенга

Апробация работы. Результаты и выводы исследований докладывались на 16 конференциях различного статуса и семинарах, в том числе на международных — «Селенга — река без границ» (Улан-Удэ, 2002), «Природные ресурсы и устойчивое развитие в регионах, окружающих монгольское плато» (Улан-Батор, 2005), «Трансграничные аспекты использования природно-ресурсного потенциала бассейна реки Селенги в новой социально-экономической и геополитической ситуации» (Улан-Удэ, 2006), «Охрана и рациональное использование трансграничных вод» (Улан-Удэ — Улан-Батор, 2006), региональных — «Водные ресурсы Байкальского региона проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий» (Иркутск, 1998), «Вопросы сохранения уникальных природных объектов и территорий Республики Бурятия» (Улан-Удэ, 2003), «Эколого-экономические проблемы регионального развитая» (Иркутск, 2004), «Россия и окружающий мир глазами географов» (Санкт-Петербург, 2006) и др

По теме диссертации опубликовано 47 работ, в том числе 6 монографий (3 — титульные, 3 — коллективные) и 4 работы на иностранных языках — английском, монгольском и китайском

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 299 наименований, приложения Работа изложена на 291 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков и 26 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены актуальность работы, состояние изученности решаемой проблемы, изложены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы

Глава I. Природные условия формирования гидрологического режима рек бассейна оз. Байкал

В первой главе приведена краткая характеристика природных условий формирования стока рек бассейна оз Байкал В пределах исследуемой территории рассмотрены рельеф и геологическое строение, климат и многолет-немерзлые породы, почвенный и растительный покров, проанализированы процессы формирования водного стока, ледовые явления и качество воды рек бассейна оз Байкал

Бассейн озера Байкал расположен почти в центре обширного Азиатского материка и занимает территорию площадью 545 тыс км2 (без площади акватории оз Байкал), из них 45 % находится в пределах Российской Федерации, остальная часть — на территории Республики Монголия Около 53 % речных вод формируются на территории Бурятии, 27 % — Монголии, 16 % — Забайкальского края и 4 % — Иркутской области

При выполнении работы были использованы данные гидрометрических наблюдений по 76 постам, из них 58 — российские, 18 — монгольские Средняя продолжительность наблюдений составляет 43 года

Территория бассейна оз Байкал характеризуется значительной приподнятостью над уровнем моря и преимущественно горным рельефом Самой низкой отметкой является уровень оз Байкал — 456 м, наиболее высокая располагается на Восточном Хангае — гора Эрхэт-Хайрхан (3535 м) — в самой южной оконечности бассейна в верховьях р Орхон Практически на всей территории преобладают сильно расчлененные средневысотные горы, рав-

нинные поверхности встречаются лишь в тектонических впадинах и долинах больших рек.

Бассейн оз Байкал характеризуется резко континентальным климатом, с большими годовыми и суточными колебаниями температур воздуха и с неравномерным распределением атмосферных осадков по сезонам года Суровая безветренная зима сменяется поздней прохладной ветреной и сухой весной с ночными заморозками, удерживающимися до конца первой декады июня Лето короткое, в первой половине засушливое, а во второй (июль-август) — дождливое Осень прохладная и сухая с резкими суточными колебаниями температур и часто с ранними заморозками В горах континенталь-ность климата несколько уменьшается, при этом значительно увеличивается увлажнение Самым холодным месяцем является январь, а на побережье оз Байкал — февраль, наиболее теплым месяцем — июль, на значительной части побережья Байкала — август Средняя годовая сумма осадков по территории составляет в среднем от 230 до 1000 мм Наименьшее количество осадков приходится на низменные участки, а наибольшее — на наветренных склонах и в водораздельной части хребтов, расположенных на пути движения воздушных масс В годовом ходе минимум осадков приходится на один из зимних месяцев, максимум — на июль-август (в отдельные годы наибольшее количество осадков может наблюдаться в другие месяцы — июне или сентябре) В бассейне оз Байкал многолетнемерзлые породы развиты практически повсеместно На реках бассейна оз Байкал в зимний период года устанавливается устойчивый ледостав

По соотношению основных источников питания реки бассейна оз Байкал подразделяются на 4 группы 1 — реки с резко выраженным преобладанием дождевого стока (70-80 % от годового), 2 — реки с преобладанием дождевого стока (доля талых вод составляет 20-30 %, дождевых 60-70 %), 3 — реки с примерно равным участием стока дождевых и талых вод (по 30-40 %), 4 — реки с преобладанием стока талых вод (50-60 %) Для рек 1 и 2 групп характерно весеннее, для 3 и 4 групп — весенне-летнее половодье

Основными притоками оз. Байкал являются рр. Селенга, Верхняя Ангара, Баргузин, Турка, Снежная, Тыя, Кика, Хара-Мурин. Эти 8 рек дают больше 80 % годового объема поверхностного притока оз. Байкал (рис. 1).

р.Селенга (А=447060 км2, \Л/=29,2 км3)

р.Баргузин (А=21100 км2, У/=3,94 км3)

водотоки, впадающие в оз.Байкал между устьем р.Селенга и истоком р.Ангара (А=13100 км2, \М=5,71 км3)

водотоки, впадающие в оз.Байкал между устьями рр.Баргузин и Турка (А=2230 км2, \Л/=0,29 км3)

водотоки, впадающие в

оз.Байкал между истоком р.Ангара и устьем р.Верхняя Ангара (А=17300км2, \М=5,16км3)

р.Турка (А=5870 км2, \Л/=1,63км3)

р.Верхняя Ангара (А=21400 км2, М/=8,22 км3)

водотоки, впадающие в оз.Байкал между устьями рр.Турка и Селенга (А=5550 км2, \ЛЛ=1,15 км3)

Водотоки, впадающие в оз.Байкал между устьями рр. Верхняя Ангара и Баргузин (А=11340 км2, W=3,15км3)

Рис.1. Речной приток в оз. Байкал.

Для рек бассейна оз Байкал по гидрохимическому типу режима рек распространенным типом является гидрокарбонатный, распространенным — гидрокарбонатно-хлоридный, возможным — гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный и т д Основным поставщиком химических веществ, в том числе загрязняющих, в оз Байкал в последние годы остается р Селенга Например, в 2006 году с водным стоком реки в озеро поступило 80 % взвешенных веществ, 70 % растворенных минеральных веществ и 65 % трудноокисляемых органических веществ от суммы поступлений этих веществ с водами рек Селенга, Верхняя Ангара, Баргузин, Турка и Тыя

Глава II. Водный режим рек бассейна оз. Байкал

Во второй главе рассмотрен водный режим рек бассейна оз Байкал Выполнено районирование территории по характеру водного режима, разработаны конкретные варианты стохастической модели колебаний расходов воды в паводочный период, предложена система методик краткосрочного прогноза паводочного стока и выполнен детальный статистический анализ многолетних колебаний стока

Согласно классификации П С Кузина реки бассейна оз Байкал относятся к типу рек с половодьем и паводками В целом для рек данного региона характерна глубокая и продолжительная зимняя межень, относительно невысокое весеннее или весенне-летнее половодье (за исключением реки Верхняя Ангара, где весеннее половодье составляет основную фазу водного режима), серия дождевых паводков в течение летне-осеннего периода, в отдельные годы прерываемая меженью Основная часть стока воды рек проходит в теплую часть года с мая по сентябрь Сток зимней межени весьма незначительный, в годовом объеме он, как правило, не превышает 5 % на малых реках и 10 % — на больших (за исключением рек Верхняя Ангара и Кика) Весеннее (весенне-летнее) половодье обычно проходит одной волной, более четко выраженной в северных районах, однако вследствие неравномерности процесса снеготаяния, обусловленного колебаниями температуры воздуха, а также в ре-

зультате выпадения жидких осадков в весенне-летний период гидрограф половодья нередко приобретает гребенчатый вид Даже при достаточном количестве снега более значительным источником водопоступления могут быть дожди, выпадающие в основном в горах Паводочный сезон обычно наступает уже в начале лета, на спаде половодья или сразу же после его окончания, а затем с небольшими перерывами продолжается почти в течение всего летне-осеннего периода с июня по сентябрь Специфика паводочного режима стока рек бассейна оз Байкал состоит в случайном изменении от года к году числа паводочных пиков, дат их прохождения, размеров и формы отдельных паводков Хорошо выраженная летне-осенняя межень наблюдается лишь в маловодные годы, когда после прохождения половодья или паводка на реках бассейна отмечается устойчивая пониженная водность В другие годы к летне-осенней межени условно можно отнести непродолжительные прерывистые периоды с пониженным стоком, наблюдающиеся между отдельными паводками В годы с повышенной водностью периоды с низким стоком в течение летне-осеннего сезона вообще отсутствуют Пересыхание рек в летнее время происходит сравнительно редко и наблюдается оно в основном на малых водотоках, протекающих в степной и лесостепной зонах Наиболее длительной и маловодной фазой водного режима рек бассейна оз Байкал является зимняя межень Водный режим рек в период зимней межени отмечается наибольшей в году устойчивостью, так как питание их осуществляется за счет подземных вод

Для рек бассейна оз Байкал характерно исключительное разнообразие гидрографов, полученных наблюдениями в одном и том же створе в разные годы, поэтому применение здесь такого понятия, как «характерный, типичный гидрограф» теряет смысл Эта же специфика делает недостаточно содержательным использование осредненных значений стока по месяцам теплого периода В связи с этим в работе с использованием других характеристик — распределения даты прохождения максимального за год расхода воды и середины 30-дневного периода с минимальным стоком — предлагается

районирование бассейна Байкала по характеру распределения стока в теплый период года. Выделяются 5 районов с близкими периодами прохождения годовых максимумов расхода (рис.2). Выделенные районы хорошо согласуются с физико-географическим районированием исследуемой территории и это обстоятельство было учтено при выделении однородных в гидрологическом отношении районов, учитываемых при анализе пространственного распределения характеристик стока.

Рис.2. Районирование бассейна оз. Байкал по характеру распределения стока в теплый период года.

■ границы районов

А ^

Л у- -границы подрайонов . Х Б

Озеро Байкал

IV - номера районов А и Б - подрайоны

135 - период прохождения максимального за год расхода воды (в сутках)

Распределение стока в течение теплого периода и его основные характеристики (годовой, максимальный и минимальный летне-осенний расходы воды) определяются такими специфическими параметрами, как число пиков паводков, их распределение, высота и форма отдельных пиков В связи с этим для изученных рек разработаны стохастические модели колебаний стока в паводочный период В основе положены результаты многолетних исследований, выполненных на кафедре гидрологии суши МГУ под руководством А В Христофорова, в которых разработаны принципы и методы стохастического моделирования стока в течение паводочного периода Обоснованность этих принципов и эффективность использования этих методов в гидрологических и водохозяйственных расчетах подтверждены многочисленными примерами, полученными для рек Забайкалья, Дальнего Востока, Кореи, Китая, Северного Кавказа, Карпат, Северной и Южной Америки Модель описывает гидрограф паводочного периода в виде математической формулы, которая определяется расходом базисного стока ()0, числом к паводочных пиков, сроками их прохождения . , индивидуальными максимумами отдельных пиков Ч)!, , <2к, которые накладываются на базисный сток и друг на друга, временем подъема ти тк и коэффициентом интенсивности спада а;, , сск, причем подъем каждого паводочного пика аппроксимируется в виде прямой, определяемой величинами т1 и <20, а спад — экспонентой, определяемой максимумом (), и коэффициентом а, Подобная аппроксимация является достаточно точной (погрешность не превышает 10%) Ежегодное число паводочных пиков и сроки их прохождения описываются моделью процесса Пуассона Для оценки распределения вероятностей величин Q, т и а используются данные гидрометрических наблюдений При этом, если есть п лет наблюдений со средним числом пиков к, то для оценки параметров распределения вероятностей Q, г и а может быть использован п-к наблюдений. В качестве примера в табл 1 для р Селенга в створе с Новоселенгинск помещены характеристики паводочного периода для 1973г, в течение которого наблю-

далось к = 13 пиков с осредненным расходом базисного стока ()0 = 100 м3/с {и — от начала теплого периода 1 апреля)

Таблица 1 Параметры гидрографа р Селенга, 1973 г.

1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

ч 25 31 37 46 59 76 82 96 103 119 127 154 165

а 1290 1110 518 1070 702 1548 1168 2875 1610 5663 2527 1498 1597

ч 6 4 3 5 6 5 4 7 5 9 3 7 5

щ 0,28 0,06 0,11 0,13 0,04 0,21 0,11 0,05 0,10 0,16 0,03 0,04 0,05

В табл 2 приведены средние значения 2 и коэффициентов вариации высоты паводочных пиков для трех периодов апрель-май, июнь-июль, август-сентябрь Там же помещены значения среднего числа к за те же периоды

Таблица 2 Внутригодовое распределение параметров паводочных пиков

Период р Селенга -с Новоселенгинск

о с/О) к

IV —V 1212 0,38 4,55

VI-VII 1678 0,51 5,10

УШ-1Х 1987 0,43 3,65

Предлагаемая модель позволяет максимально полно учесть специфику паводочного режима, данные гидрометрических наблюдений и повысить точность гидрологических и водохозяйственных расчетов (объем стока паводочного периода, максимальный и минимальный за летне-осенний период расходы воды, объем половодья, объем противопаводковых водохранилищ) в 1,5-2 раза по сравнению с действующими нормативами

Для описания движения и трансформации вод в русловой сети бассейна оз Байкал использован простейший, но достаточно хорошо себя зарекомен-

довавший в службе гидрологических прогнозов метод соответственных уровней, который вполне соответствует степени гидрологической изученности региона Всего в бассейне Байкала были разработаны методики краткосрочных прогнозов расходов и уровней воды на 15 участках рек, в том числе 6 схем на российской территории, 9 — на монгольской Эффективность прогнозов колеблется в пределах от 0,4 до 0,8 Синтез методик краткосрочного прогноза на разных участках бассейна оз Байкал в итоге позволил получить приближенную картину движения воды во всем бассейне Эта картина может быть описана схемой нарастания времени добегания речного стока от различных участков речных бассейнов до его впадения в озеро Байкал Полученные схемы позволяют приближенно рассчитывать время движения речных водных масс в зависимости от фазы водного режима, установившейся в теплый период года (паводок или летне-осенняя межень) от любой точки бассейна до приемного водоема Этот результат будет использован при разработке модели реакции речной системы бассейна оз Байкал на антропогенное воздействие

Используемые данные многолетних гидрометрических наблюдений были подвергнуты стандартной статистической обработке, применяемой при анализе пространственно-временной изменчивости гидрологических рядов Анализировались ряды значений следующих характеристик среднего за год расхода воды £>ср, максимального за год расхода воды (срочного) <2лшкс> минимального 30-дневного летне-осеннего расхода воды QMuн ЗОдн л -о > минимального за теплый период года расхода воды Омин л -о > минимального 30-дневного зимнего расхода воды £)мин зодн зим и минимального за холодный период года Омин зим Для оценки возможных изменений в природе многолетних колебаний характеристик стока была выполнена оценка статистической однородности рядов с помощью критериев Стьюдента и Фишера Наличие тенденции к группировке лет с повышенной и пониженной водностью проверялось с помощью критерия Андерсона Проверка показала,

что практически все ряды можно считать статистически однородными и независимыми Для этих рядов методом «обеспеченности обеспеченностей» подтверждена применимость трёхпараметрического гамма-распределения для расчёта расходов редкой повторяемости и получены стандартные оценки параметров распределения вероятностей Q, Cv и C/Cv

Анализ коэффициентов пространственной корреляции R многолетних колебаний годового, максимального и минимального стока позволил выделить районы синхронного стока с пороговым значением R = 0,70-0,75 Расположение районов синхронного стока приурочено к центрам физико-географических провинций, выделяемых на карте комплексного физико-географического районирования Бурятии в «Атласе Забайкалья»

Глава III. Пространственное распределение характеристик водного стока рек бассейна оз. Байкал

На основе анализа пространственного распределения характеристик речного стока и его физико-географических факторов разработаны методики расчета годового, максимального и минимального летне-осеннего стока неизученных и недостаточно изученных рек бассейна оз Байкал с площадями водосбора 500-20 000 км2

Исходя из того, что для подавляющего большинства рядов значений среднего годового расхода воды выполняются требования однородности, независимости и соответствия трехпараметрическому гамма-распределению, анализ пространственного распределения годового стока можно свести к анализу закономерностей распределения параметров его многолетних колебаний Qcp или q^ , Cv и CyCv Анализ полученных по рядам многолетних наблюдений оценок соотношений коэффициентов асимметрии и вариации (Cj/Cv) показал, что расхождения в оценках Cs/Cv разных пунктов не выходят за пределы вероятных ошибок их определения, поэтому с учетом выво-

дов и рекомендаций ранее выполненных работ для всей территории бассейна оз. Байкал принято единое расчетное значение С/С у = 2.

Полученный в работе вывод об отсутствии достаточной связи между Су и площадью водосбора А в рассматриваемых диапазонах площадей и учет физико-географических условий бассейна позволили выделить 9 относительно однородных районов с едиными расчетными значениями Су годового стока {рис.3). Средняя погрешность предлагаемой карты составляет 11,4%.

При анализе пространственного распределения среднего многолетнего значения модуля годового стока ¡?ср успешно подтверждается вывод предшествующих исследователей Забайкалья о целесообразности учета средней высоты водосбора И, как интегрального показателя условий формирования стока рек горных территорий,

Рис.3. Районирование бассейна оз. Байкал по распределению коэффициента вариации годового стока.

Для расчета нормы модуля предлагается эмпирическая формула ^ = ^(ш,>+0,016(Й-1300), (1)

где — картографируемый параметр, который можно интерпретировать как норму модуля, приведенную к высоте 1300 м абс Предложенная зависимость справедлива для водосборов, средние высоты которых не превышают 1700 м абс Выбор высоты приведения обусловлен тем, что она соответствует средней высоте водосборов от 850 м абс до 1700 м абс (в этих пределах находятся средние высоты 83 % рассматриваемых водосборов) Для рек верховьев Селенги, где средние высоты водосборов значительно превышают 1700 м абс., рекомендуется формула

?„ = qcp(2m+0,003(h-2100), (2)

где qcpam — картографируемый параметр, который также можно интерпретировать как норму модуля, приведенную уже к высоте 2100 м абс

Таким образом, при средней высоте водосбора не более 1700 м следует пользоваться формулой (1), при больших высотах — формулой (2) Расчетная карта параметров §ri3>(13(Mi и %iJm представлена на рис 4 Предложенное районирование в сочетании с формулами (1) и (2) позволяет определять норму годового стока неизученных рек со средней ошибкой 18,6 %

В силу специфики паводочного режима рек бассейна оз Байкал средний за год расход воды QCp и минимальный 30-дневный летне-осенний расход Qmuh являются близкими по своей природе характеристиками, так как зависят прежде всего от водности теплого периода конкретного года Характер распределения параметров годового и минимального летне-осеннего стока по рассматриваемой территории носят исключительно близкий характер Исходя из этого, схема анализа пространственного распределения минимального 30-дневного летне-осеннего стока рек бассейна оз Байкал в точности повторяет анализ годового стока и дает сходные результаты

Рис.4. Районирование пространственного распределения параметров 9^1300, и ^.(2Ю0) годового стока.

Для описания многолетних колебаний минимального 30-дневного летне-осеннего стока правомочно использование трехпараметрического гамма-распределения с единым для всей территории соотношением С/Су = 3. Расчетная карта коэффициентов вариации минимального стока практически повторяет районирование для расчета коэффициента вариации годового стока, но с более высокими расчетными значениями (в среднем на 0,10-0,15). Норму модуля минимального стока предлагается рассчитывать по формуле

I ?«»азоо) + 02(А-1300), приЪ< 1700м.абс I ^„С.ОО) + 0,004(й - 2100), прик>\ ЮОм.абс

гДе &ш,с1зоо)и 9««»(21оо) — картографируемые параметры, представляющие значения норм модуля минимального 30-дневного летне-осеннего стока, приведенного соответственно к высотам 1300 и 2100 м Пространственное распределение этого параметра определяется, как и в случае с годовым стоком, с помощью карты районирования, где выделены 8 районов с едиными расчетными значениями Цтя Предлагаемая методика дает погрешность определения коэффициента вариации г(Су) = 11,4 %, погрешность определения нормы минимального 30-дневного летне-осеннего стока — ^Ямт ) = 19,4 % и погрешность Жя80У) = 28,0 % для модуля 80 %-ной обеспеченности

При анализе пространственного распределения значения С/Су максимального стока учитывалось то обстоятельство, что при наличии п = 20-40 лет наблюдений значения С$/Су, определенные для каждого пункта, могут содержать очень большие случайные ошибки, особенно при малых значениях Су Для всего исследуемого региона выделено 3 района с едиными расчетными значениями С/Су от 2 до 4 В районах с высокими значениями С/Су, изменчивость стока в подавляющей степени обусловлена наличием лет с экстремально высокими значениями максимального расхода воды, а с малыми значениями СуСу — изменчивость стока определяется не только экстремально высокими, но и экстремально низкими по величине расхода воды годами Расчетная схематическая карта коэффициента вариации максимального стока представлена на рис 5, где выделены 6 районов с его едиными расчетными значениями Су

При исследовании пространственного распределения нормы модуля максимального стока была учтена ее зависимость не только от площади водосбора А, но и от средней высоты водосбора И, как интегрального показателя всего комплекса процессов формирования стока

Озеро Хубсугул

Рис.5. Районирование бассейна оз. Байкал по распределению коэффициента вариации максимального стока.

Предлагаемая расчетная формула имеет вид:

?0 - 601п ^^^ ^ + 0,3(й -1300), при~И< 170 Ом ~д0 -+ 0,06(А-2100),при-Ъ> 1700л*

(4)

Величина q0 представляет географический параметр (норма модуля максимального стока, приведенного к площади 1000 км2 и средней высоте водосбора 1300 м при меньших высотах или 2100 м при больших высотах) Его пространственное распределение описывается картой (рис.6), на которой вы-

делены 7 относительно однородных районов с едиными расчетными значениями этого параметра.

Озеро Хубсугул

Рис.6. Районирование параметра д0 максимального стока.

Проверка методики показала, что средняя относительная погрешность расчета для нормы модуля максимального стока составила £(д) = 26 %, а для коэффициента вариации £(СУ) = 10,6 %. Полученная на независимом материале погрешность расчета модуля 1 %-ной обеспеченности по предлагаемой методике составила £(ц1%) - 29,0 %. В то же время расчет по официально принятой методике, закрепленной в действующих СНиП, дал для российской территории погрешность г(ц1%) = 114 %. Таким образом, предлагаемая методика существенно повышает точность расчета максимального стока неизу-

ченных и недостаточно изученных рек для российской части и впервые позволяет рассчитывать максимальный сток рек для монгольской части бассейна оз Байкал

Глава IV. Использование и охрана водных ресурсов рек бассейна оз. Байкал В главе рассмотрена ретроспективная оценка использования водных ресурсов в бассейне оз Байкал и показано современное состояние водопользования Анализ использования водных ресурсов (забор свежей воды и сбросы сточных вод в поверхностные водные объекты) выполнен в разрезе отраслей экономики и отдельных лет ретроспективного периода по данным государственной статистической отчетности (форма 2ТП-водхоз) В работе с использованием выводов разработчиков «Комплексной схемы охраны и рационального использования природных ресурсов Байкальской природной территории» (СОПС Минэкономразвития и РАН, 2003) и «Комплексной схемы охраны и использования водных ресурсов бассейна реки Селенга» (Совинтервод, 2005) (участником проектов является автор), дается прогнозная оценка использования водных ресурсов в бассейне оз Байкал на 2015 год В этой же главе рассмотрены современное состояние охраны водных ресурсов рек и даны рекомендации по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна оз. Байкал в пределах российской части водосборной территории

В качестве ретроспективного периода доя всего бассейна рассмотрены 1991-2001 годы Анализ использования воды за этот период показал, что валовое водопотребление (суммарное использование свежей воды и воды из систем оборотного и повторно-последовательного водоснабжения) населения и отраслей экономики на российской части бассейна оз Байкал уменьшилось на 541 млн м3 — с 1505 млн.м3 до 964 млн м3, или на 36 % Сокращение объемов использования как свежей воды, так и воды оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, коснулось всех отраслей экономики,

кроме жилищно-коммунального хозяйства На предприятиях жилищно-коммунального хозяйства водозабор увеличился — на 14 млн м3

В 2001 г валовое водопотребление отраслей экономики и населения в бассейне Байкала составило около 964 млн м3 — на 68 % использованием свежей воды, остальная часть за счет воды из систем оборотного и повторно-последовательного водоснабжения Сброс воды в природные водные объекты составил 528,3 млн м3, безвозвратно из водоисточников забрано 19 % свежей воды Около 30 % сточных вод сбрасывались в водные объекты загрязненными

Ретроспективная оценка использования водных ресурсов в бассейне главной реки Селенги выполнена по двадцатилетнему периоду (1982-2001 гг ) на примере Республики Бурятия, так как удельный вес в общем объеме забора свежей воды из водных объектов рассматриваемого бассейна составляет порядка 96 % В эти годы на рассматриваемой территории проживало до 88,5 % общей численности населения республики и до 91 % городского населения В среднем за двадцатилетний период по Республике Бурятия забор свежей воды в бассейне р Селенга составил 692,3 млнм3/год, изменяясь в пределах от 959,9 млн м3 (1982 г ) до 476,7 млн м3 (2000 г.) Более 67 % забора свежей воды приходилось на промышленное производство (0,47 км3/год), на сельское хозяйство — 19,5 % (0,13 км3/год), в котором на орошаемое земледелие использовалось до 82 % забранной из источника воды, на жилищно-коммунальное хозяйство — 10,8 % (0,07 км3/год) Исходя из проведенного анализа показателей забора свежей воды, ретроспективный период условно разделен на два этапа — докризисный (1982-1991 гг) и кризисный (19912001 гг)

Сброс сточных вод от водопотребителей напрямую связан с объемами забора свежей воды из природных водных объектов и за последнее 20-летие в среднем по Республике Бурятия составлял 487,4 млн м3 или 70,4 % от среднего объема забора свежей воды Основной объем сточных вод отводился от промышленности (86,5 %), жилищно-коммунального хозяйства — 13,2 %,

сельского хозяйства (в том числе от орошения) сброса сточных вод практически не было

По Забайкальскому краю в пределах бассейна р Селенга структура и тенденция использования водных ресурсов в ретроспективном периоде аналогична сложившейся по Республике Бурятия Отраслями экономики Забайкальского края в 2001 г было забрано 21,4 млн м3, что составляет около 4 % общего забора воды по бассейну Селенги

Основным источником водоснабжения в ретроспективном периоде были поверхностные воды, удельный вес которых в общем объеме забора воды в 2001 г превышал 80 % (в Бурятии — 82 %, в Забайкальском крае — 50 %) В целом по бассейну р Селенга в поверхностные водные объекты в 2001 г было сброшено до 20 % загрязненных сточных вод

На монгольской части бассейна оз Байкал объемы использования водных ресурсов также имеют прямую связь с состоянием экономики страны в целом в конце 1980-х — начале 1990-х гг Если валовое водопотребление в бассейне Селенги до середины 1980-х гг составляло в среднем 120-130 млн м3, то в кризисные 1990-е гг оно не превышало 100 млн м3 В 2001 г водозаборы из природных водных объектов составили 117 млнм3, причем более половины объема использованной воды приходится на нужды сельского хозяйства Уровень очистки сточных вод колеблется в больших пределах — от 10 до 90 %, а некоторые водопотребители сбрасывают неочищенные сточные воды прямо в поверхностные водные объекты Поэтому поверхностные водные объекты, особенно малые реки и озера, сильно загрязняются Усугубили ситуацию маловодные годы конца ХХ-го — начала XXI веков, когда после прохождения невысокого весеннего половодья примерно с 10-го апреля сток реки Туул периодически прекращался Например, в 2002 г сток этой наиболее сильно подверженной антропогенной нагрузке реки прерывался, по данным Жанчивдорж Л и др (2002), на расстоянии около 20 км в течение 20 дней В эти дни по руслу р Туул ниже г Улан-Батор наблюдались только сточные воды очистительного сооружения города

Аналогичная ситуация наблюдается во втором по объему водопользования бассейне р Баргузин Если в 1991 г суммарный забор свежей воды составлял 17,8 млн м3, то к 2000 г этот показатель уменьшился до 7,31 млн м3

За современный уровень развития водного хозяйства взят 2005 год, в котором всего по бассейну оз Байкал состояли на учете 660 водопотребителей Наибольшую антропогенную нагрузку из притоков Байкала несут реки Селенга, Тыя, Верхняя Ангара, Баргузин, Слюдянка и Култучная В бассейне главной р Селенга забор свежей воды из природных водных объектов в 2005 г составил 452,3 млн м3 (это в среднем 80-85 % от общего забора по всей республике, или почти в 3 раза больше, чем на монгольской части водосбора) Потребление поверхностных вод в монгольской части бассейна Селенги составил около 145 млн м3, причем наибольший объем использованной воды приходится на сельскохозяйственное водоснабжение — 77 % В этом же году в природные поверхностные водные объекты, в подземные горизонты и в различные накопители через сосредоточенные выпуски было отведено 346,4 млн м3 (около 76 % от суммарного водозабора) отработанных вод, в том числе 341,5 млнм3 непосредственно в поверхностные водные объекты В сбрасываемых водах, к сожалению, велика доля загрязненных и недостаточно очищенных вод Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод бассейна р Селенга являются органические вещества, соединения металлов, фенолы и нефтепродукты По монгольской части бассейна Селенги данных по сбросу сточных вод нет В целом по всему бассейну р Селенга в 2005 г использовано свежей воды 567,4 млн м3 Основными водо-потребигелями в бассейне р Селенги в обеих странах остаются предприятия энергетики, промышленные предприятия и жилищно-коммунальное хозяйство

В работе дана прогнозная оценка использования водных ресурсов в бассейне оз Байкал на 2015 год Отметим, что здесь речь идет не о точном прогнозе параметров водопотребления, а об оценке его объемов на основе определения общих направлений и тенденций предстоящих изменений в расходной части водохозяйственного баланса Как отмечают разработчики методи-

ки расчета объемов водопотребления на перспективу Г В Воропаев, Б Г Бла-говеров и ГХ Исмайылов (1986), при прогнозировании на перспективу не играют существенной роли высокая точность расчетов и возможные отклонения их результатов, если это укладывается в допустимый интервал значений и не влияет на выводы при сравнении с ресурсной частью водохозяйственного баланса

Прогнозируемый спрос на водные ресурсы, который в перспективный период отождествляется с потребностью экономики и населения в воде, оценивается в целом по бассейну оз Байкал на уровне 2015 г в объеме около 800 млн м3 свежей воды, или увеличится почти на 24 % по сравнению с водопо-треблением свежей воды в 2005 г Сброс сточных вод в водные объекты по прогнозу на 2015 г составит 600 млн м3, или увеличится по сравнению с уровнем 2005 г примерно на 20 %

В качестве наиболее вероятных источников крупных загрязнений речных вод на водосборной территории Байкала выделены большие населенные пункты, в которых располагаются промышленные предприятия и развито городское хозяйство 1) Улан-Баторский промышленный узел, 2) промышленные и сельскохозяйственные предприятия г Хархорин, 3) Сухэ-Баторский и 4) Дарханский промышленные узлы, 5) горно-обогатительный комбинат г Эрдэнэт, 6) Закаменский и 7) Кяхтинский промышленные узлы, 8) промышленные предприятия г Хилок, 9) Петровск-Забайкальский и 10) Улан-Удэнский промышленные узлы

Проблема рационального использования и охраны водных ресурсов является общей для всех субъектов на рассматриваемой территории — на российской стороне бассейна оз Байкал это части территорий трех субъектов Российской Федерации — Республики Бурятия, Иркутской области и Забайкальского края От того, насколько они согласованно будут вести водоохранную политику, во многом зависит чистота и сохранность водных ресурсов региона В этой связи одним из эффективных инструментов обеспечения устойчивого водопользования является, на наш взгляд, реализация экономиче-

ского механизма рационального использования и охраны водных ресурсов В условиях цивилизованного рынка в целях обеспечения экологической безопасности хозяйственной деятельности должен действовать такой механизм охраны окружающей среды, который позволял бы получать дополнительный эффект и повышать конкурентоспособность продукции за счет экономики на природоохранных затратах Это при прочих равных условиях должно обеспечить преимущество экологически безопасным предприятиям в конкурентной борьбе Такое условие может быть гарантировано при соблюдении следующих требований 1) введение в хозяйственную практику системы или механизма платности водопользования; 2) экологизация налоговой политики в сфере использования и охраны водных ресурсов и 3) разработка системы экономического стимулирования рационального водопользования

Сложившаяся практика расточительного отношения к водным ресурсам, отсутствие экономических стимулов рационального расходования воды и выделение средств по остаточному принципу оказывают негативное влияние на водохозяйственную обстановку в бассейне оз Байкал Поэтому в работе в качестве рекомендаций рассмотрены 10 принципов, на которых должен основываться экономический механизм рационального водопользования и улучшения развития водохозяйственной системы

Глава V. Совместное использование и охрана водных ресурсов трансграничной реки Селенга В пятой главе излагаются принципы и приводится пример построения модели реакции речной системы на антропогенные нарушения гидрологического режима Сформулированы общие принципы и рекомендации по совместному использованию и охране водных ресурсов трансграничной р Селенга— главного притока оз Байкал

Речная система рассматривается как сложная кибернетическая система, структура которой определяется русловой сетью Свойства системы определяются водностью реки и ее отдельных притоков, скоростями течения, осо-

бенностями трансформации водного, химического, твердого и теплового стока на отдельных участках Задача модели реакции речной системы на антропогенные нарушения гидрологического режима (МРРС) — давать количественное описание реакции системы водосбора на какое-либо природное или антропогенное возмущение (волна паводка, ледовый затор, значительный водозабор, плановый или аварийный сброс загрязняющих веществ, попуск из водохранилища и т д ), имевший место в одном из ее звеньев, т е на участке главной реки или ее притока Решение такой задачи необходимо для научно обоснованных действий по обеспечению гидроэкологической безопасности (ГЭБ) речного бассейна В практике гидрологических прогнозов подобная задача решается достаточно надежно при описании формирования дождевого и талого стока в различных частях водосбора, перемещения и трансформации паводков в руслах притоков и основной реки и формирования волны паводка в замыкающем створе Сходным образом может решаться задача прогноза распространения по русловой сети сброса загрязняющих веществ, имевшего место на одном из ее участков При этом дополнительно должны учитываться такие явления, как разбавление, оседание и самоочищение Модель реакции речной системы позволяет прогнозировать такие ситуации, когда даже незначительное нарушение требований ГЭБ в нескольких местах может привести к крайне нежелательным последствиям в замыкающем створе за счет суперпозиции реакций водосбора на эти нарушения Возможна и обратная ситуация, при которой негативный эффект от нарушений ГЭБ на одних участках русловой сети может быть снижен путем своевременной и адекватной коррекции стратегии водопользования на других участках Особую роль МРРС может сыграть при аварийном сбросе загрязняющих веществ, требующем заблаговременного предупреждения о возможной экологической катастрофе и оперативного снижения водозабора и загрязнения на участках реки, расположенных ниже по течению Разработка полноценной, достаточно детальной и надежной МРРС должна опираться на широкую базу многолетних гидрометеорологических наблюдений и требует усилий достаточно

большого коллектива специалистов в различных областях гидрологии и гидроэкологии Поэтому в данной работе в качестве первого приближения предлагается предельно упрощенный вариант такой модели

В качестве примера использования модели имитируются два варианта техногенного сброса — с консервативным и неконсервативным веществами при разных фазах водного режима В первом случае рассматривается вероятная ситуация, при которой в условиях средней по водности летне-осенней межени на монгольском горно-обогатительном предприятии «Эрдэнэт», расположенном на реке Хангал, притоке Селенги, произошел аварийный сброс, в результате которого концентрация мышьяка в реке Хангал превысила ПДК в 1000 раз Во втором случае рассматривается ситуация, при которой в течение паводочного периода в монгольском городе Дархан с многочисленными предприятиями легкой промышленности произошел сброс загрязняющих веществ в приток Селенги второго порядка — реку Хараа, в результате чего концентрация фенолов в этой реке превысила ПДК в 500 раз Для обоих случаев дана схема изменения концентрации загрязняющих веществ по мере их продвижения по притоку и далее до впадения Селенги в озеро Байкал с учетом фоновых концентраций, скоростей течения и расходов воды на основной реке и ее притоках, процессов разбавления и (для неконсервативных фенолов) процессов биохимического превращения Для второй ситуации схема продвижения и трансформации фенолов представлена на рис 7

Рис 7 Схема продвижения загрязняющего вещества по русловой сети р Селенга

Согласно полученной схеме продвижения паводков в русловой сети р Селенга, от места сброса загрязняющих веществ (р Хараа — г Дархан) до р Орхон время добегания составляет 1 сутки, до р Селенга — 2 суток, а до оз Байкал — 6 суток Концентрация фенола в р Хараа через 1 сутки составит 0,340 мг/л Затем р Хараа впадает в р Орхон и происходит разбавление ее вод чистыми водами более крупного водотока, в результате чего концентрация уменьшится до 0,073 мг/л Еще через сутки концентрация фенола в р Орхон в его устье при впадении в р Селенга составит 0,050 мг/л, а после смешения вод этих двух рек концентрация в р Селенга будет равна 0,011 мг/л Здесь до впадения в Селенгу загрязненных вод р Орхон ее воды считаем чистыми На монгольско-российской государственной границе в водах р Селенга содержание фенола превысит ПДК в 11 раз При смешении вод р Селенга с чистыми водами притоков Джида (здесь концентрация составит С= 0,006 мг/л), Чикой (С = 0,004 мг/л), Хилок (С = 0,003 мг/л) и Уда (С = 0,002 мг/л) и с учетом естественного распада загрязняющего вещества за время добегания водной массы от государственной границы до оз Байкал (4 сут ) получаем, что при впадении в озеро концентрация фенолов снизится до 0,0004 мг/л, т е составит менее половины значения ПДК, предъявляемыми гигиеническими нормативами к водным объектам хозяйственно-питьевого водопользования Таким образом, за счет естественной самоочшцающей способности и перемешивания с чистой природной водой (притоков) р Селенга при разовом (залповом) сбросе на территории Монголии в ее русловую сеть фенолсо-держащих веществ концентрацией 500 ПДК способна восстановить свои первоначальные свойства до впадения в оз Байкал Это справедливо при условии отсутствия дополнительного сверхнормативного поступления фенолов с боковой приточностью р Селенга

Предлагаемый в работе вариант МРРС бассейна р. Селенга следует рассматривать в качестве первого приближения Относительно невысокий уровень гидрометеорологической изученности бассейна и, особенно, его монгольской части, затрудняет применение более детальных и современных гид-

рологических моделей Тем не менее, даже в упрощенной форме модель позволяет приближенно оценивать вероятные последствия антропогенных нарушений гидрологического режима р Селенга и ее основных притоков, которые могут иметь место в различных частях ее бассейна Это может служить основанием для начала разработки более детальной и надежной МРРС, основанной на использовании более широкой базы данных регулярных наблюдений, специальных экспедиционных исследований и современных методов моделирования гидрологических процессов

Исходя из того, что гидрологический режим трансграничной р Селенга влияет на сохранность и чистоту воды оз Байкал, а сток этой реки формируется на территориях России и Монголии практически поровну, в работе предлагаются общие принципы совместного использования ее водных ресурсов Эти принципы основаны на теоретических работах А В Христофорова, нашедших применения в других регионах мира

Предлагаемая схема взаимодействия обеих стран в области использования и охраны вод р Селенга оптимизирует стратегию поведения участников водного рынка Для бассейна Селенги на межгосударственном уровне такими участниками являются Россия и Монголия Однако водный рынок должен функционировать и на уровне субъектов и районов Российской Федерации, аймаков и сомонов Монголии, а в идеале, и на уровне отдельных хозяйствующих субъектов-водопользователей В виду своего огромного значения для всего человечества оз Байкал должно рассматриваться в качестве самостоятельного участника со своими требованиями и интересами По аналогии с принципами Киотского Протокола для всех участников рынка вводятся юридически закрепленные договорные квоты на использование водных ресурсов, включая водопотребление и сброс загрязняющих веществ. Эти квоты должны быть согласованы со всеми участниками рынка (ведь ими могут выступать не только государства) и экологически и экономически обоснованы с учетом изменяющихся природных условий и требований ГЭБ Исходя из того, что сток реки Селенга формируется на территориях Монголии и России

приблизительно в равной степени, в качестве первого приближения квоты на использование и загрязнение ее вод для обеих стран могут быть приняты по 50 % Не выходя за рамки своих квот, каждый из участников может осуществлять любую стратегию их использования, руководствуясь принципами экономической эффективности и экологической безопасности При этом возможна купля и продажа части квот, обеспечивающая функционирование водного рынка Цены на квоты формируются в соответствие с общими принципами рынка и определяются экономически оправданными затратами на развитие систем использования и очистки воды в сельском хозяйстве, промышленности и в быту Они должны меняться в зависимости от состояния водных ресурсов, экономической, демографической, экологической и климатической ситуации Объектом оптимизации модели является суммарный экономический эффект, который каждая из сторон получает в результате использования своей квоты на воду и ее загрязнение, продажи ее части или приобретения части квот у других участников рынка

В качестве примера использования предлагаемых принципов российско-монгольских взаимоотношений рассматривается гипотетическая, но вполне вероятная сшуация, когда на одном из монгольских притоков реки Селенга происходит аварийный сброс загрязняющих веществ Рассмотренная выше модель реакции речной системы Селенги на антропогенные нарушения ее гидрологического режима позволит получить оценки изменения концентрации этих загрязняющих веществ по длине притока и самой Селенги вплоть до ее впадения в озеро Байкал Если последняя оказывается выше ПДК, необходимы оперативные совместные действия по предотвращению избыточных загрязнений в озеро Например, некоторые российские и монгольские предприятия могут временно сократить разрешенный им в соответствии с их квотами сброс загрязняющих веществ, в экстремальной ситуации, вплоть до полной остановки производства Отказавшись от части своей квоты на загрязнение, стороны водного рынка компенсируют вызванное аварийным сбросом дополнительное загрязнение и тем самым обеспечат требования ГЭБ

для оз Байкал Однако эти стороны вправе потребовать от допустившего аварийный сброс предприятия возмещения экономического ущерба от вынужденного сокращения или временной остановки своего производства Таким образом, при решении подобных задач необходимо не только гидрологическое обоснование (требования ГЭБ, совместно разработанная и оперативно действующая в виде геоинформационной системы МРРС), но и система юридических и политических договоренностей между участниками взаимоотношений по совместному использованию и охране водных ресурсов бассейна трансграничной реки Селенга

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы

1 Предлагаемая система методик расчета и прогноза речного стока, оперативной оценки последствий антропогенных нарушений гидрологического режима, принципы и рекомендации по использованию и охране водных ресурсов рек составляют научные, гидрологические основы для обеспечения гидроэкологической безопасности бассейна оз Байкал

2 Анализ региональных особенностей водного режима рек бассейна оз Байкал позволил разработать методику расчета распределения стока в течение теплого периода года для неизученных и слабо изученных рек

3 Предлагаемая для основных притоков оз Байкал стохастическая модель колебаний речного стока позволяет описывать его внутригодовое распределение с учетом специфики паводочного режима и может быть использована для повышения эффективности использования данных гидрологических наблюдений при расчете основных характеристик речного стока рек бассейна

03 Байкал

4 Для гидрологического обоснования оперативных решений по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна оз Байкал и защите населения от опасных гидрологических процессов предлагается система методик краткосрочного прогноза расходов и уровней воды в реках

5 Анализ пространственно-временной изменчивости речного стока позволил разработать систему методов расчета годового, максимального и минимального летне-осеннего стока и его внутригодового распределения, которая в условиях недостаточной гидрологической изученности бассейна оз Байкал позволяет определить расчетные гидрологические характеристики с более высокой точностью по сравнению с действующими нормативами

6 Для оперативной оценки возможных негативных последствий хозяйственной деятельности в бассейне оз Байкал (сбросы загрязняющих веществ, попуски, водозаборы и т д ), разработан предварительный вариант модели реакции речной системы на антропогенные нарушения гидрологического режима

7 Анализ водопользования и водоохранной политики на российской части бассейна оз Байкал, позволил предложить принципы и рекомендации, на которых должны основываться эколого-экономические основы водного хозяйства в исследуемом регионе

8 Выполненный анализ ретроспективного и современного использования водных ресурсов, позволил получить прогнозную оценку водопотребления на 2015 г и выделить наиболее вероятные источники крупных загрязнений речных вод в бассейне оз Байкал

9 Разработанные на основе введения квот на использование и загрязнение речных вод и использование методов рыночных отношений, принципы совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной реки Селенга создают гидрологическую основу для долгосрочных и успешных построений российско-монгольских отношений

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии:

1 Гармаев Е.Ж. Пространственно-временные закономерности стока рек Бурятии в теплый период года -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2ООО -116с

2 Гармаев Е.Ж., Евстигнеев В М, Христофоров А В , Шайбонов Б Б Сток рек Бурятии -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2000 -189с

3 Намсараев Б Б, Хахинов В В , Гармаев Е.Ж., Бархутова Д Д, Намсара-ев 3 Б, Плюснин А М Водные системы Баргузинской котловины -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2007 -152с

Разделы в монографиях, учебно-методические пособия, статьи:

4 Гармаев Е.Ж., Карачурин А В , Козловская Ю Г, Христофоров А В Статистический анализ водного режима рек Бурятии //Вестник Моек ун-та Сер №5 Геогр, 1995 -№3 -С 90

5 Гармаев Е.Ж., Христофоров А В Расчеты стока рек Бурятии в теплый период года //Вестник Моек ун-та Сер №5 Геогр, 1996 -№1 -С 99

6 Бурятия природные ресурсы Вып 1 /Отв ред К Ш Шагжиев -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 1997 -280с (глава 1, раздел 11)

7 Гармаев Е.Ж., Христофоров А В Особенности водного режима рек бассейна оз Байкал //Вестник Бурятского ун-та Сер 3 География, геология Вып 1 -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 1997 -С 59-68,

8 Гармаев Е.Ж. К вопросу гидрологического районирования территории бассейна оз Байкал. //Вестник Бурятского ун-та Сер 3 География, геология Вып 2 -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 1998 -С 170-173

9 Гармаев Е.Ж. Пространственное распределение и расчет максимального стока рек Бурятии //Водные ресурсы Байкальского региона проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий -Иркутск Изд-во Института географии СО РАН, 1998 -С 78-80

10 Гармаев Е.Ж. Закономерности формирования стока рек Бурятии //Природа Бурятии современное состояние и проблемы устойчивости экосистем. Байкальский экологический вестник Вып 1 -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 1999 -С 20-26

11 Молотов В С, Гармаев Е.Ж., Шагжиев К Ш Водные ресурсы Республики Бурятия и вопросы их рационального использования в целях жизнеобеспечения населения //Ресурсы регионов России Общественно-политический журнал, №5 -М ВНТИЦ, 2000 -С 21-26

12 Концепция охраны и рационального использования водных ресурсов региона как важнейшего компонента геологической среды //Геологоразведка и горная промышленность Бурятии прошлое, настоящее, будущее Отв ред К Ш Шагжиев — Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2002 -С 190-234 (в соавторстве)

13 Гармаев Е.Ж., Молотов В С , Шагжиев КШ Стратегия совершенствования системы управления водным хозяйством Байкальского региона //Материалы региональной научно-практической конференции -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2002 -С 65-77

14 Гармаев Е.Ж. К вопросу гидроэкологической безопасности водосборных территорий малых рек бассейна р Селенга //Селенга — река без границ Материалы международной научно-практической конференции — Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2002 -С 54-55

15 Бурюхаев С П, Гармаев Е.Ж., Елаев Э Н, Ешеев В Е, Намсараев Б Б, Плюснин А М, Турунхаев А В , Хахинов В В , Разуваев А Е Болотные экосистемы перешейка полуострова Святой Нос (оз Байкал) гидрогеологические, гидрохимические и микробиологические основы функционирования, растительный и животный мир //Вестник Бурятского ун-та Серия 2 биология Вып 4 -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2002 -С 9-33

16 Гармаев Е.Ж., Молотов В С, Коломеец О П, Турунхаев А В Охрана и использование водных ресурсов Байкальского региона учебно-методическое пособие -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2002 -96с

17 Гармаев Е.Ж. К проблеме сохранения малых рек Республики Бурятия //Вопросы сохранения уникальных природных объектов и территорий Республики Бурятия Материалы региональной научно-практической конференции -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2003 -С 78-82

18 Гармаев Е.Ж., Молотов В С , Мантатова А В Глобальные и региональные проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой //Горному надзору России — 250 лет Материалы региональной научно-практической конференции -Улан-Удэ Изд-во Бурятского госун-та, 2004 -С 121-127

19 Garmaev E.J. The concept of water preservation and rational use of water resources of Lake Baikal basin //Natural resources and sustainable development in surrounding regions of the Mongolian Plateau Materials of International conference -Ulaanbaatar, Mongolia, 2005 -P 31-33

20 Христофоров А В, Антохина E H, Гармаев Е.Ж., Кириллов А В, Юмина H М Расчеты и прогнозы уровней воды на судоходных реках в период навигации //Водное хозяйство России проблемы, технологии, управление Т 7, №1 -Екатеринбург, 2005 -С 21-33

21 Namsaraev В В , Garmaev E.J. Water resources and sustainable development of Mongolia //Natural resources and sustainable development in surrounding regions of the Mongolian Plateau Materials of International conference -Ulaanbaatar, Mongolia, 2005 -P 56-58

22 Гармаев Е.Ж. Особенности внутригодового распределения стока рек оз Байкал //Россия и окружающий мир глазами географов Материалы научно-практической конференции студентов, аспирантов и преподавателей в рамках Большого географического фестиваля -С-Пб, 2006 -С 297-301

23 Гармаев Е.Ж. Водный режим реки Селенги и использование ее ресурсов в современных условиях //Трансграничные аспекты использования природно-ресурсного потенциала бассейна реки Селенги в новой социально-экономической и геополитической ситуации Материалы международной научной конференции -Улан-Удэ ГУЗ РЦМП МЗ РБ, 2006 -С 148-154

24 Гармаев Е.Ж., Христофоров А В Гидрологические основы совместной охраны и использования водных ресурсов трансграничной реки Селенга //Охрана и рациональное использование трансграничных вод Материалы международной научно-практической конференции -Улан-Удэ — Улан-Батор Изд-во Бурятского госун-та, 2006 -С 7-12

25 Гармаев Е.Ж., Молотов В С, Намсараев Б Б, Хахинов В В , Турунхаев А В Экологическое состояние водных систем и устойчивое развитие территории бассейна реки Селенги //Охрана и рациональное использование трансграничных вод Материалы международной научно-практической конференции -Улан-Удэ — Улан-Батор Изд-во Бурятского го-ун-та, 2006 -С 12-16

26 Намсараев Б Б , Гармаев Е.Ж., Хахинов В В , Бархутова Д Д , Молотов В С Функционирование водных экосистем бассейна озера Байкал //Охрана и рациональное использование трансграничных вод Материалы международной научно-практической конференции -Улан-Удэ — Улан-Батор Изд-во Бурятского госун-та, 2006 -С 25-28

27 Шагжиев К Ш, Гармаев Е.Ж., Цыренова И Ж Состояние использования водных объектов в рекреационных целях в Республике Бурятия //Туризм и рекреация фундаментальные и прикладные исследования Труды I Международной научно-практической конференции -М РИБ «Турист», 2006 -С 312-315

28 Гармаев Е.Ж. Река Селенга — главный приток озера Байкал //Сибирские чтения в РГГУ Альманах Вып2 -М РГГУ, 2007 -С 144-150

29 Гармаев Е.Ж., Молотов В С, Ц Бадрах. Современное состояние и проблемы совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной реки Селенги //Мелиорация и водное хозяйство, № 6 -М, 2007

30 Христофоров А В , Гармаев Е.Ж., Даценко Ю С, Даваа Г, Бальжиров С Е Научные основы совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной реки Селенга //Водное хозяйство России проблемы, технологии, управление, № 5 -Екатеринбург, 2007 -С 79-93

31 Гармаев Е.Ж. Моделирование реакции речной системы Селенги на антропогенное воздействие //Известия РАН Серия Географическая, № 3 — М,2008 -С99-106

32 Даваа Г , Оюунбаатар Д , Гармаев Е.Ж. Особенности использования и охраны водных ресурсов р Селенга //Труды сельскохоз-го ун-та Монголии, №4 -Улан-Батор, 2008 -С 47-58

33 Энциклопедический справочник монголоязычных народов мира Серия География -Хух-Хото,2008 -420с (в соавторстве, на китайском языке)

34 Доржготов Д, Гармаев Е.Ж. Байгал нуурын ай сав дахь голуудын хам-гийн их урсац //Монгол Улсын Шинжлэх Ухааны Академийн мэдээ, №3 -Улаанбаатар, 2008 -С 33-42 (па монгольском языке)

35 Гармаев Е.Ж. Методика расчета максимального стока неизученных рек бассейна озера Байкал //Вестник Моек ун-та Сер №5 Геогр ,2008 -№6

36 Комплексная схема охраны и использования природных ресурсов Байкальской природной территории Конспект Кн 1-3 -М,2003

37 Комплексная схема использования и охраны водных ресурсов бассейна Селенги на территории России Конспект Т 1-7 -М.2005

38 Научный отчет «Обследование реки Селенги на территории Монголии для разработки Комплексной схемы» Конспект -Улан-Удэ, 2006

-С 29-32

Участие в разработках Схем:

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N00510 от 01 12 99 г Подписано к печати 24 06 2008 г Формат 60x90 1/16 Услпечл 2,75 Тираж 120 экз Заказ 361 Тел 939-3890 Тел/Факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им МВ Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к

Содержание диссертации, доктора географических наук, Гармаев, Ендон Жамьянович

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

Глава I. Природные условия формирования гидрологического режима рек бассейна оз. Байкал

1.1. Рельеф и геологическое строение.

1.2. Климат и многолетнемерзлые породы.

1.3. Почвенный и растительный покров

1.4. Формирование водного стока

1.5. Ледовые явления на реках.

1.6. Качество воды рек.

Глава II. Водный режим рек бассейна оз. Байкал.

2.1. Общая характеристика водного режима.

2.2. Анализ многолетних колебаний стока рек и их пространственная скоррелированность.

2.3. Внутригодовое распределение стока рек.

2.4. Стохастическая модель колебаний речного стока в паводочный период.

2.5. Система методик краткосрочных прогнозов расходов и уровней воды.

Глава III. Пространственное распределение характеристик водного стока рек бассейна оз. Байкал.

3.1. Пространственное распределение и расчет годового стока рек бассейна оз. Байкал

3.2. Пространственное распределение и расчет минимального летне-осеннего стока рек бассейна оз. Байкал.

3.3. Пространственное распределение и расчет максимального стока рек бассейна оз. Байкал

Глава IV. Использование и охрана водных ресурсов рек бассейна оз. Байкал.

4.1. Ретроспективная оценка использования водных ресурсов рек.

4.2. Современное состояние использования водных ресурсов рек.

4.3. Прогноз использования водных ресурсов рек.Г.

4.4. Состояние обеспеченности населения качественной питьевой водой

4.5. Современное состояние охраны водных ресурсов рек

4.6. Рекомендации по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна оз. Байкал (в пределах российской части водосборной территории.

Глава V. Совместное использование и охрана водных ресурсов трансграничной реки Селенга.

5.1. Современное состояние совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной р. Селенга.

5.2. Обоснование разработки модели реакции речной системы на антропогенное воздействие.

5.3. Модель реакции речной системы бассейна р. Селенга.

5.4. Примеры использования модели речной системы бассейна р. Селенга.

5.5. Общие принципы совместного использования водных ресурсов трансграничной р. Селенга.

5.6. Рекомендации по совместному использованию и охране водных ресурсов р. Селенга

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Водные ресурсы рек бассейна озера Байкал и научные основы их использования и охраны"

Диссертация посвящена проблеме научного (гидрологического) обоснования использования и охраны водных ресурсов рек бассейна озера Байкал, включая его российскую и монгольскую территории. Для обоснования гидротехнических проектов и долгосрочных планов по использованию и охране водных ресурсов рек необходима система методик расчета (вероятностного прогноза) характеристик речного стока и его внутригодового распределения, которая отражала бы гидрологическую специфику региона (пространственно-временную изменчивость водного стока рек и степень его гидрологической изученности). Для обоснования оперативных решений по использованию и охране вод бассейна необходима система достаточно надежных методик краткосрочного календарного прогноза речного стока и методика оперативного прогнозирования последствий возможных антропогенных нарушений гидрологического режима рек. Научное обоснование должно включать принципы и рекомендации по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна и, прежде всего, крупнейшего притока оз. Байкал — трансграничной реки Селенга.

Актуальность проблемы обусловлена прежде всего тем, что, как известно, оз. Байкал в 1996 г. включено в Список Всемирного природного наследия ЮНЕСКО как объект, составляющий достояние всего человечества и заслуживающий специального отношения, охраны и внимания мирового сообщества. Правовое регулирование в области охраны оз. Байкал осуществляется Федеральным законом Российской Федерации «Об охране озера Байкал», принятым в 1999 г. ив котором закреплено понятие «Байкальская природная территория» (БПТ). Границы БПТ и ее экологических зон утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации в 2006 г., в пределах которых, в целях сохранения уникальной экологической системы оз. Байкал и предотвращения негативного антропогенного воздействия на ее состояние, регламентирована хозяйственная и иная деятельность.

Специфика водного режима рек бассейна оз. Байкал создает значительные трудности с водообеспечением не только в зимний период, но и в отдельные интервалы теплого сезона. В то же время, часто формирующиеся на реках высокие паводки создают опасность для населения и хозяйственных объектов. С другой стороны, надежное гидрологическое обоснование проектов и мероприятий по защите от наводнений и использованию водных ресурсов затруднено низкой гидрологической изученностью территории, особенно на монгольской части водосбора. Все это в совокупности делает особенно актуальной разработку единых методов расчета стока неизученных и слабоизученных рек бассейна оз. Байкал. Применение общих нормативных подходов к гидрологическим расчетам стока рек данной территории оказывается недостаточно эффективным из-за исключительного разнообразия природных условий бассейна Байкала. Такое положение вызывает необходимость разработки более совершенных региональных методик, учитывающих природные особенности рассматриваемой территории.

Водосбор главного притока оз. Байкал — р. Селенга находится на территории и под контролем двух стран. Для эффективного изучения процессов взаимодействия природы и общества, в целом оптимизации управления природопользованием, бассейновый подход, по Л.М. Корытному [148], должен быть одним из основных, особенно на трансграничных территориях. Тем более, что в международных бассейнах экологические конфликты приобретают глобальный характер, которые имеют комплексную природу, связанную, прежде всего, с регулированием речного стока и гидротехническим строительством, в целом водопользованием и, как следствие, загрязнением воды. Трансграничное положение р. Селенга обостряет вопрос разработки рекомендаций по рациональному использованию и охране водных ресурсов региона и научного обоснования разрешения конфликтных ситуаций между водопользователями при различных сценариях вероятного загрязнения (аварийные сбросы загрязняющих веществ и др.) речных вод. Таким образом, в данной работе водные ресурсы, вопросы их использования и охраны в пределах всего бассейна оз. Байкал рассматриваются впервые.

Состояние изученности проблемы. Наибольшее развитие теория расчетов речного стока при отсутствии или недостаточности данных наблюдений получила в нашей стране. Это обусловлено огромными масштабами гидротехнического и водохозяйственного строительства, производившимися, как правило, в условиях недостаточной гидрологической изученности. Основные достижения отражены в действующих СП 33-101-2003 и теоретически обоснованы в трудах С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля [152, 153], а также в трудах ученых Государственного гидрологического института (ГГИ), в частности, в вышедшей под редакцией A.B. Рождественского монографии «Пространственно-временные колебания стока рек СССР» [202]. Большой вклад в развитие теории расчетов речного стока и решение проблем водообеспечения внесен учеными Института водных проблем РАН - Д.Я. Ратковичем, JI.C. Куч-ментом, М.В. Болговым и др. [157, 207, 208, 209, 210]. Современные достижения в этой области отражены в учебниках по расчетам стока A.M. Владимирова [44] и В.М. Евстигнеева [108]. Методические основы статистического анализа, необходимые при построении методик расчета стока недостаточно изученных рек, разработаны A.B. Христофоровым [242].

В области рационального использования и охраны водных ресурсов, их различных аспектов употребления, развития водохозяйственных систем плодотворно трудится коллектив Института водных проблем РАН. В разные годы были изданы труды ученых А.Б. Авакяна, Г.В. Воропаева, Г.Х. Исмайылова и многих других [1,51, 52]. Масшабы антропогенной нагрузки на водные ресурсы, последствия - их количественные и качественные изменения в комплексе с предложениями по предотвращению и ослаблению негативных воздействий на них, рассмотрены в коллективной монографии сотрудников Института географии РАН «Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце XX столетия» (Отв. редакторы Н.И. Коронке-вич, И.С. Зайцева) [26]. По проблемам экологической безопасности и устойчивого развития выделяются работы В.И. Данилова-Данильяна, М.Ч. Залиха-нова и К.С. Лосева [96, 97, 98, 160, 161, 162]. Значительный вклад в решение теоретических и прикладных проблем рационального использования и охраны водных ресурсов, гидроэкологической безопасности территорий внесен учеными кафедры гидрологии суши МГУ в монографиях «Проблемы гидрологии и гидроэкологии» [201], «Гидроэкология: теория и практика» [88] и вышедшей в 2007 г. «Геоэкологическое состояние арктического побережья России и безопасность природопользования» под редакцией Н.И. Алексеевского.

Исследованию в целом водных ресурсов рек отдельных частей бассейна оз. Байкал, в частности, вопросам пространственно-временного анализа речного стока и разработке региональных методов его расчета посвятили свои труды многие ученые в разные годы. Наряду с монографиями из серии «Ресурсы поверхностных вод» (т.16) необходимо отметить работы ученых ГГИ и ВОДГЕО, включая исследования минимального стока рек Забайкалья и, в частности, бассейна Байкала (З.И.Петерсен [190, 191]), годового стока (B.C. Вуглинский [54]) и серию работ, посвященных зоне хозяйственного освоения БАМа, которые обобщены в монографии «Водные ресурсы рек зоны БАМ», вышедшей в 1977 г. под редакцией А.И. Чеботарева и Б.М. Доброумова и «Практических рекомендациях по расчету гидрологических характеристик в зоне хозяйственного освоения БАМа» [50, 197]. В 1977 г. под редакцией В.А. Семенова и Б. Мягмаржава увидела свет монография «Гидрологический режим рек бассейна р. Селенги и методы его расчета» [87]. Большой вклад в решение рассматриваемой проблемы сделан на кафедре гидрологии суши МГУ, где в 1980-е годы под руководством В.М. Евстигнеева был разработан комплекс методик расчета стока неизученных рек Забайкалья [106, 107, 113, 114, 115, 116, 117, 118]. Под его же руководством была разработана методика расчета годового стока рек Забайкалья, использующая данные метеорологических наблюдений [109]. Большая работа в исследовании водных ресурсов региона в последние десятилетия проведена учеными Института географии СО РАН - А.Н. Антиповым, Л.М. Корытным, Л.А. Безруковым и др. [23, 24, 86,

150]. В 2000 г. были изданы монографии «Пространственно-временные закономерности стока рек Бурятии в теплый период года» и «Сток рек Бурятии» [64, 67].

К сожалению, менее подробно изучена монгольская часть бассейна оз. Байкал, хотя по площади занимает более половины всей водосборной территории. Кроме упомянутой совместной монографии по бассейну р. Селенга, из крупных работ по данной теме можно привести труд коллектива сектора гидрологии Института метеорологии и гидрологии Министерства природы и окружающей среды Монголии «Монгол орны гадаргын ус» («Поверхностные воды Монголии») под редакцией Б. Мягмаржава и Г. Даваа [278]. Из других работ выделяются «Региональная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов реки Сэлэнгэ (на территории МНР)» [298] и совместная монография «Экосистемы бассейна Селенги» [263]. В настоящее время монгольские гидрологи при исследовании бассейна р. Селенга ограничиваются, к сожалению, ее водосбором на своей территории.

Все вышеперечисленные работы были посвящены решению гидрологических проблем различных частей водосборной территории Байкала. В данной работе проблема разработки научных основ использования и охраны водных ресурсов рек в границах всего бассейна оз. Байкал рассматривается впервые.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ природных и антропогенных факторов формирования стока рек бассейна оз. Байкал.

2. Описание водного режима и закономерностей пространственного распределения характеристик стока рек бассейна оз. Байкал.

3. Разработка системы методик расчета различных характеристик стока рек бассейна оз. Байкал.

4. Разработка системы методик краткосрочных прогнозов расходов и уровней воды рек бассейна оз. Байкал.

5. Разработка предварительного варианта модели реакции речной системы бассейна оз. Байкал на антропогенное воздействие.

6. Разработка рекомендаций совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной р. Селенга.

Предмет защиты состоит в том, что в работе впервые разработаны научные основы рационального использования и охраны водных ресурсов рек бассейна озера Байкал, включая его российскую и монгольскую территории. Научную новизну работы составляют:

1. Единая база данных гидрологической информации по всему бассейну оз. Байкал, включая его российскую и монгольскую территории.

2. Система достаточно надежных расчетов характеристик годового, максимального и минимального 30-дневного летне-осеннего стоков и их внутриго-довое распределение в условиях наличия, недостаточности или отсутствия гидрологических наблюдений.

3. Стохастическая модель колебаний речного стока в паводочный период года, разработанная для основных рек бассейна оз. Байкал.

4. Система методик краткосрочного прогноза водного стока, разработанная для основных фаз водного режима и для различных участков рек бассейна оз. Байкал.

5. Принципы и методы прогнозирования последствий хозяйственной деятельности, реализованные в виде предварительного варианта модели реакции речной системы бассейна оз. Байкал на антропогенное воздействие.

6. Принципы совместного использования и охраны водных ресурсов трансграничной р. Селенга.

7. Прогнозная оценка забора свежей воды в бассейне оз. Байкал на 2015 г. с учетом ретроспективной оценки и анализа современного состояния использования водных ресурсов и прогнозируемых темпов социально-экономического развития региона.

Практическая значимость работы состоит в том, что для бассейна оз. Байкал впервые предложен комплекс методик, позволяющих определять расчетные характеристики стока неизученных рек для решения задач водоснабжения, защиты от наводнений и строительства речных гидротехнических сооружений в условиях недостаточной гидрологической изученности исследуемой территории. Для использования метода гидрологической аналогии выделены районы синхронных многолетних колебаний стока с коэффициентом пространственной корреляции не ниже 0,75, в пределах которых следует подбирать реки-аналоги для приведения рядов наблюдений к многолетнему периоду. Предлагаемая схема расчета основных характеристик стока подтверждает выводы ранее выполненных работ для отдельных частей бассейна Байкала, а в некоторых случаях значительно их уточняет. Особенно важной в практическом отношении представляется методика расчета максимальных расходов воды в связи с остро стоящей для исследуемой территории проблемы защиты от наводнений. Также большое практическое значение имеет предлагаемая методика расчета минимального стока в теплый период года, необходимая для решения задач водоснабжения в летне-осенний период.

Требования гидроэкологической безопасности (ГЭБ) и предлагаемая модель реакции речной системы на антропогенное воздействие (МРРС), сформулированные для бассейна оз. Байкал, позволяют прогнозировать реакцию системы водосбора на какое-либо природное или антропогенное возмущение. Выполненная работа дает возможность также значительно повысить научную обоснованность рекомендаций по совместному рациональному использованию и охране водных ресурсов этой трансграничной реки. Все это подчеркивает практическую значимость работы, когда Забайкалье в настоящее время рассматривается одним из претендентов на стратегический регион России в пределах Сибири и Дальнего Востока [231].

Предлагаемый в работе вариант МРРС бассейна р. Селенга следует рассматривать в качестве первого приближения. Относительно невысокий уровень гидрометеорологической изученности бассейна и, особенно, его монгольской части, затрудняет применение более детальных и современных гидрологических моделей. Тем не менее, даже в упрощенной форме модель позволяет приближенно оценивать вероятные последствия антропогенных нарушений гидрологического режима р. Селенга и ее основных притоков, которые могут иметь место в различных частях ее бассейна. Это может служить основанием для начала разработки (в том числе совместной) более детальной и надежной МРРС, основанной на использовании более широкой базы данных регулярных наблюдений, специальных экспедиционных исследований и современных методов моделирования гидрологических процессов. Практическая реализация изложенных идей может оказаться полезной не только при совместном использовании водных ресурсов трансграничной р. Селенга, но и при использовании и охране водных ресурсов в целом бассейна оз. Байкал. В целом, содержащиеся в диссертационной работе результаты, выводы и рекомендации могут существенно повысить научную обоснованность и эффективность решений по использованию и охране водных ресурсов рек бассейна оз. Байкал.

Полученные выводы будут иметь практическую реализацию в подведомственных организациях Росгидромета в осуществлении функций по мониторингу окружающей природной среды и ее загрязнения в бассейне оз. Байкал. Полученные результаты полезны для территориальных органов Рос-водресурсов при осуществлении мероприятий, связанных с использованием и охраной водных ресурсов бассейна оз. Байкал, предотвращением загрязнения, засорения и истощения рек, выполнения обязательств по Межправительственному Российско-Монгольскому Соглашению в области использования и охраны трансграничных вод, которое регулирует использование и охрану вод бассейна р. Селенга.

Апробация работы. Результаты и выводы исследований докладывались на 16 конференциях различного статуса и семинарах, в том числе на международных - «Селенга - река без границ» (Улан-Удэ, 2002), «Природные ресурсы и устойчивое развитие в регионах, окружающих монгольское плато» (Улан-Батор, 2005), «Трансграничные аспекты использования природно-ресурсного потенциала бассейна реки Селенги в новой социально-экономической и геополитической ситуации» (Улан-Удэ, 2006), «Охрана и рациональное использование трансграничных вод» (Улан-Удэ - Улан-Батор, 2006); региональных — «Водные ресурсы Байкальского региона: проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий» (Иркутск, 1998), «Вопросы сохранения уникальных природных объектов и территорий Республики Бурятия» (Улан-Удэ, 2003), «Эколого-экономические проблемы регионального развития» (Иркутск, 2004), «Россия и окружающий мир глазами географов» (Санкт-Петербург, 2006) и др. Некоторые результаты работ использованы в разработке Комплексной схемы охраны и использования природных ресурсов Байкальской природной территории [293].

По теме диссертации опубликовано 47 работ, в том числе 6 монографий (3 - титульные, 3 - коллективные) и 4 работы на иностранных языках - английском, монгольском и китайском.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 299 наименований, приложения. Работа изложена на 290 страницах машинописного текста, включает 39 рисунков и 26 таблиц.

Информация о работе

Гармаев, Ендон Жамьянович
доктора географических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.27

Диссертация

Водные ресурсы рек бассейна озера Байкал и научные основы их использования и охраны - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы