Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Водный баланс оз. Балхаш и влияние на него климатических и антропогенных факторов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Водный баланс оз. Балхаш и влияние на него климатических и антропогенных факторов"

КОМИТЕТ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ СССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Па правах рукописи ОСТРОУМОВА Любовь Петровна

ВОДНЫЙ БАЛАНС 03. БАЛХАШ И ВЛИЯНИЕ НА НЕГО КЛИМАТИЧЕСКИХ II АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ

(11.00.11 — Охрана окружающей среды [ рациональное использование природных ресурсов)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па сопскапие ученой степени кандидата географических паук

Москва—1991 г.

Работа выполнена в казахском научно-исследовательском гидрометеорологическом институте Комитета гидрометеорологии СССР.

Научные руководители: доктор технических наук

\А.П. Браславский

Официальные оппоненты:

кандидат географических наук В.Ф. Полонский

доктор географических наук профессор В.Н. Михайлов

кандидат географических наук В.Н. Бортник

Ведущая организация: Институт географии АН КазССР

Защита диссертации состоится , /О' 991 г.

в /6 ' час. на заседании специализированного совета К 024.02.01 в Государственном океанографическом институте по адресу: 119838, ГСП, Москва, Г34. Кропоткинский пер., 6.

С диссертацией .можно ознакомиться в библиотеке Государственного океанографического института.

Автореферат разослан . 4 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат географических наук

А. Реей

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Оз.Балхаш относится к числу крупнейших естественных водо-эмов СССР и имеет важное народнохозяйственное значение. Оно занимает одно из первых мест по добыче рыбы среди внутренних эодоемов. Пресноводная западная часть озера является основным юточником водоснабжения Балхашского горнодобывающего узла и ?.Балхаш,а также имеет воднотранспортное значение для ряда збластей Казахстана. Создание в 1970г. Лли-Еалхашской водо-:озяйственной системы с Капчагайской ГЭС на р.Или и водо-:ранилищем многолетнего регулирования,развитие орошаемого ¡емледелия в южных районах Балхаша,начавшийся маловодный 1ериод водности рек внесли существенные изменения в водный ¡алане и уровенный режим озера. Значительные колебания вод-юго баланса и уровня приводят к изменению морфометрических [ гидрологических характеристик и,соответственно.условий ксплуатации водоема. Понижение уровня и повышение минерали-ации западной части оз.Балхаш стало приобретать катастрофи-еские размеры. Народнохозяйственный ущерб оказался настоль-о велик,что потребовалось принятие неотложных мер по опти~ изации Или-Балхашской экологической системы. Такал оптимиза-ия должна основываться в настоящее время на анализе данных одохозяйственных расчетов,в результате которых будет полу-ен режим уровня и минерализации воды озера с учетом изме-ения ее по длине водоема при различных вариантах водозабора э рек бассейна оз.Балхаш и различных компенсирующих мероприятиях на его акватории. В их основе лежит расчет водного аланса оз.Балхаш.

®

Актуальность темы - "Водный баланс оз.Балхаш и влияние на него климатических и антропогенных (факторов" - велика,несмотря на наличие довольно большого числа публикаций по этой проблеме. Применение методов водных балансов для выбора оптимальных природоохранных и водохозяйственных мероприятий поможет ответить на вопрос: как совместить все возрастающую потребность в водных ресурсах различных отраслей народного хозяйства с необходимостью сохранения природно-экологических условий озера. Месячные водные балансы должны быть положены в основу создания второго этапа "Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейнов рек Или.Каратал и оз.Балхаш",разработанной Казахским Государственным институтом проектирования народного хозяйства. Для составления водных балансов с минимально допустимыми невязками необходимо разработать методы расчета отдельных его характеристик за месячные интер-.валы времени. В настоящее время не существует достаточно хорошей методики расчета месячных водных балансов озера,позволившей бы решить эти проблемы,оценив влияние на них климатических и антропогенных факторов.

Цель и задачи исследований. Основная цель - исследовать естественные и антропогенные изменения водного баланса оз.Балхаш, разработав методы расчета отдельных его составляющих.

Для реализации поставленной целя необходимо решить следующие задачи:

1. Выделить основные факторы,влияющие на водный баланс озер

2. Разработать или усовершенствовать методики расчета отдельных составляющих месячных водных балансов.

3. Разработать программы реализации методов расчета отдель ных составляют^ водного баланса на ЭВМ.

4. Определить параметры разработанных моделей,составить и увязать месячные водные балансы.

. £>. Исследовать естественные и антропогенные изменения составляющих водного баланса и дать их оценку.

б. Разработать рекомендации по составлению месячных водных балансов и показать возможность применения метода для оценки и выбора вариантов рационального использования и охраны оз.Балхаш.

Основные положения.защищаемые в диссертации:

I. Метод расчета притока поверхностных вод р.йяи к периметру озера.

<2. Усовершенствованная концептуальная модель расчета месячных слоев испарения с поверхности Западного и Восточного Балхаша и всего озера.

3. Метод расчета месячных водных балансов оз.Балхаш и возможность применения его для выбора природоохранных и водохозяйственных мероприятий.

4. Оценка климатического фактора и антропогенного влияния на водный баланс озера Балхаш.

Методика исследований. Выполненные исследования основаны на изучении физической сущности процессов,определяющих формирование тех или иных составляющих водного баланса водоема.их описании с помощью концептуальных моделей с использованием тепло-и воднобалапсовых методов. Кроме того.широко применялись статистический,математический (аналитический и графический),картографический к др.методы количественного анализа,применяемые в гидрометеорологических исследованиях.

Материалы. При проведении исследований использоианы материалы наблюдений метеорологических и гидрологических станций и постов Казгидромета.а также экспериментальные и экспедиционные исследования ГГЛ,Казгидропроекта,Казгмпровсдаоза,ВН111'11''а,Каз11»11'1Э,1'1н-

ститута географии All КазССР.а также ряд картографических материалов бассейна оэ.Балхаш.

Научная новизна. Впервые разработан метод расчета месячных водных балансов оз.Балхаш. Для определения основной приходной составляющей водного баланса озера,притока воды к периметру Западного Балхаша разработана методика,основанная на водном балансе дельты р.Или. С помощью материалов аэрофотосъемки территории дельты р.Или найден способ определения площадей,занятых различными ландшафтами,в зависимости от обводнения дельты. Предлагаемая методика учитывает два основных фактора: изменение общей площади дельты при колебаниях уровня оз.Балхаш,а также изменение площади разливов воды в дельте при изменении расхода воды в ее вершине. Эта методика включает модели элементарных процессов,происходящих в дельте р.Или и позволяющих рассчитать сток воды от весеннего таяния льда,осевшего на берегах проток и озер дельты,изменение запасов воды в них. На основе гидрометрических наблюдений на протоках в нижней части дельты получена зависимость,позволяющая оценить величину стока через заросли тростника или так называемого "тростникового стока".

Для определения испарения - основной расходной характеристики водного баланса бессточного водоема - применен метод испарительных формул. При этом впервые использована разработанная А.П.Бра-славским в КазНИ/0 (1985г.) формула»хорошо описывающая сущность процесса испарения.

Средние значения упругости водяного пара и температур воздуха над водной поверхностью получены по данным прибрежных метеостанций при помощи трансформационной теории,усовершенствованной для водоемов сложной конфигурации. Установлены переходные коэффициенты для расчета скорости ветра над водной поверхностью,полученные с помощью аэрологических данных о среднемноголетней скорости

ветра на высоте 1000 м. Выявлена зависимость их от скорости ветра на метеостанции. Усовершенствован ряд математических формул,позволяющих определить слагаемые теплового баланса . водоема. Вся процедура расчета водного баланса оз.Балхаш автоматизирована. Впервые за месячные интервалы времени оценен вклад климатической и антропогенной составляющих в водный баланс оз.Балхаш и дельты р.Или как в первпективе,так и в прогностических вариантах.

Научная и практическая ценность диссертации обуславливается направленностью на развитие научно-методических основ исследования озер и водохранилищ,усовершенствование методов расчета теплового и водного баланса водоемов. Разработанные методы определения испарения и изменения стока вода в дельте р.Или могут быть использованы при составлении водных балансов любых других водных объектов на территории СССР. Особое значение разработанные методики приобретают при их использовании для расчета этих компонентов в условиях засушливой зоны КазССР, где распространены,в основном,бессточные озера,режим которых изучен недостаточно. Предлагаемое программное обеспечение позволяет производить сложнейшие расчеты быстро и качественно.

Большую практическую ценность имеют составленные месячные водные балансы дельты р.Или и водные балансы оз.Балхаш за период с 1937 по 1967 гг. Полученные результаты применялись при разработке в научном обосновании Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов Или-Балхашского бассейна (П этап). Оценено влияние Капчагайекого водохранилища и Акда-линского массива рисосеяния на составляющие водного баланса дельты р.Или и оз.Балхаш. Показано,что при отсутствии такой антропогенной нагрузки уровень оз.Балхаш был бы выше уровня

340,6 мБС (1987г.) на I м . Проведены вариантные расчеты на перспективу уровня оэ.Балхаш для условий наиболее многоводного и маловодного десятилетий за исследуемый период,что выявило дефицит водных ресурсов бассейна и невозможность восстановить естественную экологию озера в целом.

Апробация работы. Диссертация представляет собой обобщение результатов работ в части водных балансов по темам IiI.2I.03 "Дать оценку водно-солевого баланса оэ.Балхаш на современном этапе и на перспективу" (I982-1985гг.),П 16а.18 "Уточнить' оценку водно-солевого баланса оз.Балхаш на перспективу и подготовить рекомендации по расчету текущих значений элементов водного баланса озера" (1986-1988гг.) и Р.3.6.2 "Оценить возможные изменения уровня и минерализации воды оз.Балхаш при различных вариантах хозяйственной деятельности (19Ь9-1990гг.).

Основные результаты работы доложены на итоговых сессиях Ученого Совета КаэНИПМИ (1965-1989гг.).конференции молодых ученых и специалистов в 1986г.,на У Всесоюзном гидрологическом съезде (г.Ленинград,1986г.),на Ш съезде Географического общества КазССР в г.Алма-Ате (1990г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, семь из них в соавторстве,общим объемом 20 печатных листов.

Объем работы. Диссертация состоит из /32 страниц машинописного текста, 45 таблиц, ¿-V рисунков,списка литературы, содержащего /30 наименований.

СОдаЕЕАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из шести глав,введения и заключения.

Во введении описаны причины и выявлены факты ухудшения экологической обстановки оз.Балхаш и дельты р.Или. Сформулированы цели и поставлены задачи,дана общая характеристика работы.

Объясняется сложность поставленной задачи,так как необычная конфигурация бессточного озера,котловина которого вытянута и разделена на две полуизолированные части,затрудняет определение таких составляющих водного баланса,как испарение и осадки^ обширная дельта.р.Или,примыкающая к западной его части, создает неопределенность в оценке поступления воды через заросли тростника к периметру водоема. Дана краткая физико-географическая характеристика бассейна оз.Балхаш,многое объясняющая в естественном изменении составляющих водного балан-:а. Приводится уравнение месячного водного баланса оз.Балхаш:

WH » V„ * Vnp.sp VV^ * У ос + V^/7 - У„ - Vvc , (I)

;\це V/m 11 Wh ~ количество воды в озере в конце и начале рас-1етного периода;УПр,ар~ сток рек,впадающих в Восточный Балхаш; 1пр,чпи - сток р.Или в Западный Балхаш; Vot - количество воды, юступающей на поверхность озера в виде атмосферных осадков; Jjjq - с ¡слоновый сток и приток подземных вод;\^ - количество юды,теряющейся в береговой зоне озера; \/ос - количество sott, испаряющейся с поверхности озера. Все слагаемые выражены

Ю9 м3.

В первой главе рассматривается аккумуляционная составляйся уравнения водного баланса (I). За расчетный период она ожет быть выражена разностью начального и конечного объема эера,зависящих от его уровня.

Для определения площадей водного зеркала и объемов озера зпользованы зависимости,рекомендованные С.П.Чистяевой. Осу-зствлен расчет среднего уровня озера на начало каждого ме-ща,среднего месячного уровня,а также рассмотрен вопрос >чности определения-аккумуляционной составляющей водного шанса.

Во второй главе решается задача определения притока вода к периметру оз.Балхаш,которая делится на две части. Первая -расчет притока воды в Восточный Балхаш,как сумма стока р.Кара-тал у с.Раздольное,р.Лепсы у подхоза Лепсы.р.Аксу у свх Кызыл-Тан, р.Аягуз у пос.Каратас. Площади дельт этих рек невелики, потери стока в них незначительны и поэтому в расчетах они не учитывались. Среднемноголетний годовой приток восточных рек в оз.Балхаш за период с 1937 по 1987 гг. составляет 3,079* Ю^ м3. Внутри года его величина колеблется от 0,043*10® м3 в месяц . (апрель 1983г.) до 1,089*10® м3 в месяц (июнь 1960г.). Вторая часть рассматриваемой задачи связана с расчетом притока воды р.Или в Западный Балхаш с учетом изменения стока в ее дельте. Сток воды из р.Или осуществляется по ряду проток,на которые делится русло этой реки в пределах дельты. Рассмотрены возможные методы определения притока воды по: гидрометрическим измерениям на протоках нижней части дельты р.Или; водному балансу оз.Балхаш; водному балансу дельты р.Или. Использование гидрометрических материалов на протоках нижней части дельты встречаем ряд затруднений: гидрометрические измерения на протоках дельты р.Или есть только за 22 года из 50,за которые собраны сведения об остальных слагаемых водного баланса оз.Шлхаш; точность измерения расходов воды в протоках понижена из-за переменного подпора от ветровых денивелляций уровня озера; кроме стока основных проток воды р.Или поступает в оз.Балхаш по ряду мелких проток,в которых измерения не производились,а при повышении стока в вершине дельты вода поступает в .озеро и по затопленным зарослям тростника. Сумма гидрометрически измеренного стока проток нижней части дельты дает заведомо преуменьшенную величину поступления воды в оз.Балхаш из дельты р.Или.

Оценить сток воды в оз.Балхаш на основании уравнения водного баланса озера с точностью гидрометрических измерений стока можно лишь для годовых интервалов времени. Вероятная ошибка составляет 8 = 16 ы3/с или Ъ% относительно величины притока к озеру.

Для определения месячного притока води к периметру озера остается два способа: I) суммирование стока проток в нижней части дельты р.Или с учетом стока через заросли тростника и 2) вычисление этого притока из уравнения водного баланса дельты:

&%с+ -Уис,бп>3гГ!г лЦ , (2)

где\46Э~ поверхностный сток воды из дельты р.йли в оз.Балхаш по руслам проток и затопленным тростникам,10^ мй;Упр,в- сток воды в вершине дельты р.Или; \/ос - количество атмосферных осадков,выпадающих на водную поверхностью также площади,занятые полупогруженной водной растительностью,болотами,суходольными тростниками и древесной растительностью- весенний сток с поверхности дельты,расположенной выше уровня воды проток и озер дельты (в остальное время года сток воды с этой территории отсутствует); - сток воды,образующейся от таяния льда,осевшего зимой на берегах проток; гУ ~ количество воды,испарившейся с открытой водной поверхности,зарослей полупогруженной водной растительности и болот\Уис,£р - количество воды,испарившейся с древесной растительности,зарослей суходольных тростников и разнотравной растительности с близким залеганием грунтовых вод; - затраты воды на образование льда на берегах озер и проток дельты при понижении уровня воды в них зимой во время ледостава; л\*/= изменение запасов воды в. дельте на конец (Ц^) и начало расчетного

интервала времени. Все слагаемые выражены в 1-10® мэ. Основными составляющими уравнения (2) являются \/пр>в, )¡oc , \¡Uc •

За приток воды к вершине дельты ( в 1937-1969гг. принят сток,измеренный на р.Или - уроч.Капчагай. За период с 1970 по 1987 гг. этот приток оценивался по данным гидрометрических наблюдений на том же гидростворе с учетом безвозвратного водо-потребления на Акдалинском маосиве орошения.

Для расчета остальных слагаемых уравнения (2) необходимы сведения о площадях,занятых различными ландшафтами в дельте. Анализ результатов аэрофотосъемок дельты 1958,1964,1974,197В, 1981 и 1984 показал,что только аэрофотосъемка 1981г. произведена при назначении нижней границы дельты по реальному урезу воды. Эта съемка положена в основу построения зависимостей,по которым рассчитывались общая площадь дельты и площади,занятые различными ландшафтами.

Предложена зависимость площади дельты (fif , км*") от уровня оз.Балхаш км):

fjl = ¿ZOO - а. (НБ-/4Л), (3)

где а - коэффициент,величина которого оптимизирована из расчета водного баланса озера за 1937-1987гг. и оказалась равной 3-I09 м3/Ы02 м2.

Вся площадь дельты разделена на три группы ландшафтов:

1. Водная поверхность,затопленные тростники и болота

2. Древесная растительность,суходольные тростники и площади разнотравья с близким залеганием грунтовых вод км2.

3. Суходолы с глубоким

залеганием грунтовых вод , км •

Для ландшафтов I группы разработано уравнение:

о,з[шо-з(нБ - т)](ш

и

где - уровень воды в дельте р.Или (условный показатель

р

обводнения дельты), 10 м.

Площадь Fp.tr приближенно составляет 0,07^,а площадь суходолов с глубоким залеганием грунтовых вод вычислена,как разность

Количество воды,поступающей на поверхность дельты с атмосферными осадками и участвующей в ее водном балансе,вычислено как произведение слоя на соответствующие площади ландшафтных зон отдельного для безледного и ледового периода. Слой атмосферных осадков принят равным полусуше величин, измеренных. на метеостанции Куйган и Аул № 4. Уос% колеблется от 0,1 до 1,ЗЛ0^ м3 в год.

Основной расходной характеристикой в уравнении водного 5аланса дельты является испарение с различных ландшафтов. За 14с,

¿г,5 в дельте принято произведение Р'вп.лт,? на злой испарения с Западного Балхаша с понижающим коэффициентом },05,учитывающим увеличение шероховатости по сравнению с.гладкой водной поверхностью. При определении }[ис,$р,ст учи-гавался ход транспирации растений,а также рекомендации,данные Л.С.Соседовым и Г.М.Гельбух. За участков дельты

: глубоким залеганием грунтовых вод и покрытых полупустынной растительностью принято количество выпадающих на /ъуи осадков.

9 з

)бъем испарения с поверхности дельты изменяется от 0,4-4,5»10 и з год.

Изменение запасов воды в озерах и протоках Л^г^ опреде-

шлось с использованием зависимости Эта~

т 9 з

зеличина в отдельные месяцы достигает 0,2-0,3-10 м ,что соиз-1еримо с объемом месячного стока в межень.

Второй цуть,с помощью которого можно решить проблему притока воды в Западный Балхаш,состоит в суммировании стока проток в нижней части дельты р.11ли с учетом "тростникового стока". Почти полное совпадение в среднем годового стока,полученного из уравнения водного баланса дельты,и стока,полученного из уравнения водного баланса озера,позволяет предполагать,что разность между стоком ^¿^д и измеренным гидрометрически на протоках нижней части дельты р,Или,и сеть величина "тростникового стока". Получена зависимость = ^(^пр.в) ,ее аппроксимация за безледоставный и зимний периоды имеет вид:

йУтр,я= 0,9,5-^„ьъ-0,8)** (6)

& Утр,ь~0>' (УпР>а -о, е) . (7)

Максимальная величина тростникового стока за месяц составляет 2А% при 4-Ю^м3. Расхождение между двумя методиками

определения притока воды в Западный Балхаш составляет 0,1-Ю^м3.

В третьей главе решается задача определения слоя атмосферных осадков,выпадающих на поверхность оз.Балхаш,подразделяющаяся на. две части:

- введение поправок к величинам измеренных осадков на метеостанциях на суше в районе водного объекта;

- оценка среднего слоя атмосферных осадков,выпадающих на поверхность водоема,по их исправленным величинам на прибрежных метеостанциях.

При исправлении осадков,измеренных на метеостанциях,расположенных вокруг оз.Балхаш,была использована методика ГГО-КазНЛШИ. Поправки вводились к срочным наблюдениям,а затем вычислялись месячные суммы исправленных осадков.

Для реализации второй части поставленной задачи сначала была проведена классификация методов пространственного осред-

¡ения метеоэлементов и осуществлен численный эксперимент по определению среднемноголетних месячных величин исправленных эсадков. За эталон принят осредненный слой осадков,полученный та методу изогнет,поскольку этот метод учитывает анизотропность толя атмосферных, осадков,что характерно для водоемов,имеющих зленную конфигурацию. По результатам численного эксперимента и шализа методов осреднения был выбран метод средневзвешенного 1ри определении площадей,тяготеющих к пунктам наблюдений,примени метод "радиусов". Для устранения неоднородности полей осадив, обусловленной в разные годы количеством и расположением ¡етеостанций,использовались поправочные коэффициенты.

В четвертой главе рассмотрен вопрос определения слоя испа-швшейся воды с поверхности водоемов. Испарение является основой расходной характеристикой водного баланса оз.Балхаш. Проеден анализ существующих методов расчета испарения с водной оверхности. Для достаточно крупных водных объектов,каким яв-яется оз.Балхаш,наиболее приемлемым является метод эмпиричес-их формул. В подавляющем большинстве эмпирических формул ис~ ользован закон Дальтона. Была произведена классификация и про-нализирована структура ряда испарительных формул. Наиболее олно описывает процесс испарения формула.разработанная .П.Браславскш в 1985г. в КазНИйЭ:

с«... --- -ле (В)

ь Щ - Ук?

К и К0 - интегральные коэффициенты массообмена водно-гферного слоя и атмосферы над ним. = 350 мм/(суТ'ГПа) по тытам измерения испарения в вакууме. К характеризует интен-1вность вертикального переноса водяного пара в приводном слое 'мосферы,обусловленном суммарным действием свободной и выеденной конвекции;А6 - разность максимальной упругости во-

дяного пара и упругости водяного пара,принятой в расчетах высоты над водной поверхностью. Свободная конвекция связана с числом Грасгофа , вынужденная - с числом Рейнольдса (йё). При совместном юс действии учтено,что с увеличением вынужденной конвекции уменьшается интенсивность свободной конвекции:

Для подтверждения правильности выбора испарительной формулы был проведен численный эксперимент,позволивший оценить точность расчетов по 17-ти наиболее известным испарительным формулам, по-разному аппроксимирующим процесс испарения. В качестве эталона при соблюдении некоторых условий приняты месячные и сезонные слои испарения,полученные потрем методам: из уравнения водного баланса водоема; изуравнения теплового баланса водоема; из показаний плавучих испарителей ГГИ-3000 с внесением достаточно обоснованных редукционных коэффициентов,а также обогреваемого испарителя с обтекаемыми бортиками,установленного на испарительной площадке Валдайской научно-исследовательской гидрологической лаборатории Г'ГИ. Всего использовано 30 водных объектов. Наименьшая среднеквадратическая ошибка за сезон (4%) получена по формуле А.П.Браславского.а вероятная составила 1,7%. Все остальные испарительные формулы дают большую среднеквадратическую ошибку,колеблгацуюся от 7 до 40% за сезон.

Для выявления систематических ошибок были построены кривые их обеспеченности. При обеспеченности Р « Ь0% формула А.П.Браславского (1985г.) дает нулевую ошибку. Формула ГГИ дает ошибку на 4%, ВНЙИГа - на 17% занижает величину сезонного испарения,а формула РЫмши-Донченко - наоборот,завышает ее на 17$.

Средние над водоемом температуру воздуха (tg. ,°С) и упругость водяного пара (£¿ ,гПа) на высоте 2 м над водной поверхностью рекомендуется рассчитывать по уравнениям,предложенным Тимофеевым. Для оценки среднемесячной величины коэффициента трансформации на оз.Балхаш была учтена конфигурация его водной поверхности и повторяемость направления ветра.

Расчет испарения с водной поверхности основывается на метеоэлементах , измеренных на 10 прибрежных метеостанциях. Уточнена

методика,позволяющая для этого использовать температуру возду-

*

xa и упругость водяного пара прибрежных метеостанций для оценки их в натекающем на водоем воздухе при сложной конфигурации водоема и наличии примыкающих увлажненных территорий.

Скорость ветра над водной поверхностью определена по све-аениям о скорости ветра на метеостанциях,расположенных на суше. Методика определения переходного коэффициента основана на использовании аэрологических среднемноголетних данных о скорости ветра на высоте 1000 м,Где не сказывается шероховатость юдстилающей поверхности. Приведена карта нормы скорости ветра ia высоте 1000 м за безледоставный период. Впервые на основе юпоставления осредненных по интервалам значений скорости )етра,наблюденных над акваторией оз.Балхаш на рейдовых верти-:алях и гидрологических разрезах за I964-I982гг.»выявлена [еткая закономерность: коэффициент увеличивается при малой скорости ветра на береговой метеостанции и уменьшается при боль-юй. Данные М.Я.Кривошей по ряду других водных объектов подтве-ждают наличие такой зависимости. Этот факт необходимо учиты-ать при расчете испарения с водных объектов,так как в против-ом случае величина испарения будет занижена при малой и завы-ена при большой скорости ветра. Температура поверхности водного

объекта получена из уравнения его теплового баланса. Уравнение решено методом конечных разностей для единичной призмы и единицу времени. В пределах расчетного интервала времени площадь водоема принимается постоянной и равной ее среднему значению. Рассмотрены составляющие теплового баланса. Температура поверхности воды,рассчитанная по этой методике,сопоставлена с натурными данными б водохранилищ-охладителей,расположенных в различных климатических зонах.СССР. Вероятная ошибка определения среднемесячной температуры поверхности воды 0,8°С.. Для выявления систематических ошибок при расчете ¿л были построены кривые обеспеченности ошибок по предлагаемой методике и действующим техническим указаниям. При обеспеченности Я «= 50% ошибка расчета Ьп по предлагаемой методике равна 0°С,а по техническим указаниям систематическая ошибка расчета составляет 0,б°С. Полученные результаты говорят о хорошей точности расчета теплового баланса водоемов,подтверждают корректность формул для определения его слагаемых и позволяют получить в среднем многолетнем близкие к истине величины температуры поверхности воды. Средний слой испарения за год для Западного Балхаша - 9В1, Восточного - 1005 и всего озера - 990 м. Испарение с восточной части больше,чем с западной на 24 мм (2%),что обусловлено различием упругости водяного пара в перемещаемом'воздушном потоке и меньшей величиной альбедо суммарной солнечной радиации из-за меньшей мутности воды. Расхождение в месячных слоях испарения более существенно. Испарение в мае с поверхности Восточного Балхаша на 30$ меньше,а в ноябре на 40% больше,чем с Западного В пятой главе рассмотрен вопрос о потерях води в береговой зоне,возникающих при составлении солевого баланса оз.Балхаш. Правомерно говорить об общих потерях в береговой зоне озера (V,) /состоящих из объема фильтрующейся в берега водоема воды

Цу) и потерь вода за счет ветровых нагонов и сезонных колебали уровня С\{Мг). При таком подходе не вступают в противоречие ¡езультаты,полученные Институтом гидрогеологии КаэССР (О.В.Поильный и С.М.Шапиро),оценивающие ]/<р к 0,45 км3/год,и результа-■ы,полученные из уравнения водного и солевого баланса различны-¡и авторами,Уп » 0,7-1,58 км3/год,так как У^р ■< • Используя ¡ведения ГТИ о повторяемости нагонов и их величине0,4 км3 ) год,тогда \/п- Уср*0,Ь5 км3/год. На основании современных 1анных о составляющих солевого и водного баланса объем потерь ! береговой зоне оценен,соответственно,в 0,98 и 0,8 км3/год. 1ри составлении водных балансов оз.Балхаш принят средним из зеличин,рассчитанных тремя методами,и равен 0,85 км3/год,что не фотиворечит величинам потерь,полученным ранее другими авторами. Вероятная ошибка определения балансовыми методами от 5 до 10% самой величины потерь в береговой зоне озера. Составлены »есячные водные балансы оз.Балхаш за 1937-1987гг. (таБтща).

Средняя многолетняя годовая невязка близка к нулю,средне-свадратическое отклонение 0,62 км3,вероятная невязка 0,42 км3. )тносительные невязки месячных водных балансов п. ^ 20$. Даны рекомендации по составлению месячных водных балансов.

В шестой главе произведена оценка климатических и антропогенных факторов на составляющие водного баланса дельты р.Или 1 оз.Балхаш. Влияние на эти составляющие наполнения Капчагайс-*ого водохранилища и развитие Акдалинского массива орошения привели к резкому падению уровня оз.Балхаш до отметки 340,6 мБС (1987г.),что на I м меньше уровня,который был бы при отсутствии гаковых. Потери воды в дельте р.Или в этом случае уменьшились на 0,79-Ю® м3. На рисунке приведен ход уровня оз.Балхаш при различных климатических условиях и антропогенных нагрузках как за 1937-1987гг.,так и на перспективу,а также суммарные инте—

Таблица

Средкемноголетний водный баланс оз.Балхаа es период замкнутого цикла изменения уровня, 10® м3

Слагаемые' Месяц ;

баланса j-1-j-1-i-—i-;-!-j—-j-1-j-¡За год

_j I j 2 ! 3 j 4 j 5 i' 6 j 7 j 8 1 9 ? 10 j II I 12 )_

VnptlMi 0,610 0,550 0,983 1,047 1,014 1,244 1,443 1,455 0,983 0,901 0,8ЬЗ 0,763 11,647

Vnp.&p 0,088 0,111 0,225 0,415 0,487 0,458 0,393 0,272 0,159 0,189 0,195 0,156 ¿,149

Voc 0,327 0,281 0,344 0,341 0,325 0,313 0,297 0,205 0,138 0,298 0,306 0,394 3,568

Упп 0,005 0,005 0,119 0,282 0,005 0,00b 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,011 0,462

Сумма прихода 1,030 0,947 1,671 2,085 1,831 2,020 2,138 1,937 1,285 1,393 I,3o9 1,324 19,026

Vue 0,062 0,105 0,311 0,670 1,995 2,988 3,533 3,479 2,641 1,665 0,773 0,110 Ib,334 ]/n 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,071 0,850

Сумма расхода 0,133 0,176 0,382 0,741 2,066 3,059 3,605 3,550 2,712 1,736 0,844 0,181 19,184

¿Wp 0,897 0,770 1,291 1,345 -0,234-1,038 -1,466-1,613 -1,428 -0,344 0,516 1,144 -0,158

àWq> 0,695 0,642 1,260 J, 120 0,306-0,491 -1,594-1,939 -1,209 -0,023 0,090 1,020 -0,121

Невязка -0,202-0,128-0,031-0,225 +0,540-»0,547 -0,123-0,326 0,219 -¿0,323-0,426 -ОД24 0,037

Примечание: 4Wp-изменение объема озера,рассчитанное пс уравнению водного баланса; ^Wçn-фактическое изменение объема.

тральные кривые модульных коэффициентов основных составляющих водного баланса оз.Балхаш.Величины их за период 1970-1987гг. оказались ниже тех,которые были в естественных условиях:испа-

д о о о '

рение уменьшилось на 0,53*10 км ,осадки - на 0,31*10 м,приток

О п

к периметру Западного Балхаша - на 2,15*10 м.На основе анализа проведенных расчетов сделан вывод,что водных ресурсов бассейна оз.Балхаш не хватает для поддержания Йли-Еаяхашской экологической системы на безопасном уровне даже при прекращении

о

хальнейшего увеличения водозаборов на орошение (7,1 млрд.м /год

з 1987г.) и прекращении наполнения Капчагайского водохранилища

¡а отметке 475 мБС.Дефицит водных ресурсов и существующая тесная

:вязь между солевым VI водным балансом не позволяют восстановить

¡стественную экологическую ситуацию в озере в пелом.Наблюдения

лзгидромета в 1988-1990гг. подтверждают сделанный в работе вы-

юд.В эти годы была осуществлена попытка поднять уровень оз.Бал-

;аш до безопасной отметки и уменьшить минерализацию Западного

'алхаша.Для этого из Капчагайского водохранилища в 1988г. было о о

брошено 17,58*10 м ,что подняло уровень озера до отметки 41,22 мБС,но минерализация воды Западного Балхаша возросла до ,15 г/л,а в районе г.Балхаш увеличилась до 2,5 г/л.Это про-зоишо из-за общего увеличения минерализации воды,поступающей оз.Балхаш.Поддержать такие высокие попуски водных ресурсов ассейна р.Или не хватает и в-1969,1990 гг. они были уменьшены • □ответственно до 15,14*Ю9 м3 и 12,3*109м3,что не привело к • аспреснению Западного Балхаша,которое могло наступить при дос-ижении более высокого уровня озера.

В заключении.сформулированы основные результаты исследований: .Разработан метод определения месячных водных балансов оз.Бал-па и составлены месячные и годовые балансы за 50-летний период.

J_L- Годы

Рис. Ход уровня оз.Балхаш и разностные интегральные кривые модульных коэффициентов составляющих водного баланса:

а) приток воды к периметру Западного Балхаша;

б) поступление воды с атмосферными осадками;

в) испарение с водной поверхности;

I - в естественных условиях; 2 - при наличии Капчагайского водохранилища и Акдалинского массива; 3 - расчеты на перспе тиву:

I - при многоводном десятилетии,отметка Капчагайского в~ща 47b мБС;

ill - при маловодном десятилетии,Капчагайское в-чце спущено; lili - уровень озера при маловодном десятилетии и продолжении наполнения Капчагайского водохранилища.

Б среднемноголетнем годовая невязка близка к О.среднеквадрати-

•з о

ческое отклонение равно 0,02 км ,а вероятная ошибка - 0,42 км'. Относительные .среднемесячные-невязки не превышают 20%.

2.Приток воды к периметру Западного Балхаша рекомендуется рассчитывать, используя уравнение водного баланса дельты р.Или.

Пре,пложена оригинальная методика определения площадей отдельных угодий дельты,учитывающая два фактора¡изменение общей площади дельты при колебаниях уровня оз.Балхаш,изменения площади разли- . зов воды в дельте при изменении расхода воды в ее вершине. Получена зависимость,позволяющая по притоку воды к вершине дельты,оценить сток,поступающий в озеро по тросниковкм зарослям.

о 9 3

Величины тросникового стока колеблятся от 0,6'Ю до 3,6'Ю м .

Величина притока воды к периметру Западного Балхаша за условно-

9 3

естественный период 1937-Х969гг. составила 12,8'Ю м ,с 1970 по 1987гг. - 10,3'109м3.

3.Разработана методика расчета испарения с поверхности оз.Балхаш, где применена новая испарительная формула А.П.Браславского (198Ьг.).Для сложной конфигурации оэ.Балхаш уточнена трансформационная теория Тимофеева по определению метеоэлементов над водоемом по данным прибрежных станций,уточнен алгоритм определения скорости ветра и температуры поверхности воды.Средний слой испарения за год для Западного Балхаша - 981 мм,Восточного -vJ-005 и всего озера - 990 мм,

4.Оценено влияние Капчагайской ГЭС с водохранилищем многолетнего регулирования и Акдалинского массива рисосеяния на водный баланс оз.Балхаш и дельту р.Или.Величины составляющих водного баланса

за год оказались меньше тех,которые были бы в естественных усло-

q 1 9 3

виях:испарение на 0,53'Ю м ,осадки - на 0,31 *IО м ,приток к пе-

9

риметру Западного Балхаша - на 2,Ib'I0 м .Потери в дельте р.Или Уменьшались на 0,79" Ю9м3 в год.Максимальная величина уровня

оз.Балхаш при отсутствии Капчагайского водохранилища и Акдалин-ского массива орошения была бы 343,ОЬ мБС в 1973г.,а к 19в7г, уровень снизился бы под влиянием климатических факторов до отметки 341,6 мБС.что на 1м выше фактически измеренного."

5.Водных ресурсов бассейна оз.Балхаш не хватает для восстановления естественных экологических условий озера в целом.Распрес-нение Западного Балхаша может произойти при достижении уровня более высокого,чем уровень 341,22 мБС 19ЬЭг. из-за повышенной минерализации поступающей по р.Или воды.

6.Невязки месячных водных балансов оз.Балхаш можно уменьшить, уточнив по крупномасштабной топографической съемке морфометри-ческие характеристики водоема,а по аэрокосмической съемке дельты р. Дли-площадь различных ландшафтных зон.В дальнейшем необходимо осуществить.мониторинг Или-Балхашской экологической системы,взяв для обслуживания методик водного и солевого балансов водоема наблюдения Каэгидромета в этом регионе.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1.Учет сложной конфигурации водоема при расчете температуры и влажности натекающего воздуха по данным наблюдений на прибрежной метеостанции//Труды КазНИИ.-19В5.-Вып.91.-С.72-75.

2.Расчет испарения воды с поверхности оз.Балхаш//Труды КаэНЛИ.-19еь.-ВыпЛ01. -С.Ь2~?в (в соавтор, с А.П.Браславским).

3.Уточнение методики определения скорость ветра на водным объектом//Труды КааНИЛ.-19ь9.-Ьып.104.-С.96-101.

4.Расчет стока р.Или,поступающего в оз,Балхащ//Труды КазНМГММ. -1930.-Вып.107.-С. ЬО" 7Ч-.

Ь.Оценка точности современных формул,предложенных для расчета испарения с поверхности водных объектов//Труды Каз^иГМИ.-1990.

/й- ¿}Ь.

-С^п.107.-С. (в соавтор, с А.П.Брасларским).