Гидротехнические мероприятия по пропуску зимних расходов воды в нижнем течении Сырдарьи Часть 1

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Река Сырдарья в нижнем течении полностью протекает в пределах Республики Казахстан и характеризуется сложностью процессов естественного и антропогенного происхождения, регулирования водных ресурсов в зимний период.

Сложность режима реки Сырдарьи заключается, во-первых, – в ее топографическом расположении т. е река течет с юга на север, и во-вторых, достаточно суровым зимним климатическим условием и в связи с чем, устойчивый ледостав формируется с устья реки вверх по течению до створа Томенарык на длине 1400 км.

Сложность протекания зимнего режима реки обусловлено еще регулированием стока реки водохранилищами, хозяйственным освоением и использованием приречной территории и пойм реки, а также обмелением русла реки в связи с отбором воды на орошение и влиянием маловодья.

Для современного режима реки характерны зимние наводнения и зажорно-заторные явления, усилившиеся после перехода Токтогульского гидроузла на энергетический режим эксплуатации с 1993 г., который приводит к следующим затруднениям:

1.Ледовые явления при повышенных расходах приводят к подъему уровня воды выше берегов, подпирают дамбы обвалования, в результате происходит их прорыв и затопление прилегающих к реке территорий.

2. Происходит обмеление русла реки в связи с полным отбором воды на орошение и отсутствием стока воды в устьях реки в летний период.

3. Ухудшается экологическое состояние низовья реки и Малого Арала из-за нерационального использования зимнего стока реки и сокращения летнего.

Отмеченные проблемы в современных условиях создают социально-экономическую напряженность в регионе, отвлекают значительные материальные и трудовые ресурсы.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы – изучение гидротехнических основ пропуска зимних расходов воды в нижнем течении Сырдарьи и разработка инженерных мероприятий по регулированию стока реки Сырдарьи в нижнем течении в условиях изменившегося гидрологического режима и усиления антропогенной нагрузки на речной бассейн. Эта цель предопределила решение следующих задач исследований:

— анализировать и обобщить гидрографические и гидрологические характеристики бассейна реки Сырдарья;

— изучить гидротехническую основу регулирования и распределения водных ресурсов в нижнем течении реки;

— анализировать и обобщить современную водохозяйственную и экологическую ситуацию в нижнем течении реки;

— установить причины и следствия наводнений;

-определить причины и факторы возникновения зимних ледовых затруднений и заторно-зажорных явлений в периоды ледостава и ледохода;

— установить причины потери пропускной способности русла реки ниже Кызылординского водохранилища;

— разработать рекомендации по безопасному пропуску зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков;

Объект исследований – водохозяйственные системы и русло реки Сырдарья от Кызылординского гидроузла до устья реки.

Предмет исследования – совершенствование теоретической и методической базы подсчета зимнего расхода воды и разработка гидротехнических мероприятий по увеличению пропускной способности русла.

Научная новизна. В диссертационной работе:

— обоснован режим работы гидроузлов в нижнем течении реки и степень их значимости в снижении негативов от зимних наводнений;

— совершенствована методика расчета зимнего режима реки;

— разработаны схемы проведения спрямляющих прокопов на изгибах русла;

— разработаны рекомендации по безопасному пропуску зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков.

Практическая значимость. Разработанная методика расчета зимнего режима реки, рекомендации по организации наблюдений за ледоставом, ледоходом и пропуску зимних расходов воды, мероприятия по пропуску воды при повышенных расходах, схема пропуска зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков позволяют снизить степень зимних затруднений при ледоставе и ледоходе.

Защищаемые положения:

— факторы возникновения зимних ледовых затруднений и заторно-зажорных явлений в периоды ледостава и ледохода;

— факторы потери пропускной способности русла реки ниже Кызылординского гидроузла;

— рекомендации по безопасному пропуску зимних расходов воды и ледохода при исскуственном повышении попусков.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях ученого совета Кызылординского государственного университета имени Коркыт ата (Кызылорда, 2004-2009 гг.), техническом совете ОГКП «Кызылордаводхоз», VII республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Институт экологии природных систем АН РТ, Казань, 2007г.), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (30 ноября-1 декабря 2007 г., г. Тараз), международной научно-практической конференции «Научно-образовательный потенциал нации и конкурентоспособность страны» (Тараз, 2008г.), V-той Международной конференции «Проблемы экологии АПК и охраны окружающей среды» (Кызылорда, 2008г.)

Реализация результатов работы. Результаты исследований по диссертационной работе использованы Комитетом по водным ресурсам МСХ РК (Акт внедрения от 20.11.2008 г.).

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 13 работах, в том числе 3 – лично автором в изданиях, утвержденных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК, 6 – в трудах международных научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников, включающих наименования. Общий объем работы – 146 страниц компьютерного текста, включая 12 таблиц, 45 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, приведены цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

На первой главе «Климатические условия нижнего течения реки Сырдарьи и особенности прохождения стока в зимний период» приведены общие климатические условия района исследований и особенности их для зимнего режима реки

Для низовьев реки Сырдарьи характерно однообразие климатических условий: резко выраженная континентальность со значительными колебаниями температуры, жаркое лето с суховеем, холодная зима с пронизывающим ветром, сухость воздуха в летнее время, малое количество атмосферных осадков в течение всего года. Зимний климатический режим в низовьях реки, которые существенно влияют на режим реки в период ледостава и на ее ледовые характеристики, отличаются резкими колебаниями основных метеорологических характеристик на участке реки от Шардаринского водохранилища до устья реки на длине 1600 км.

Среднемесячная температура самого жаркого месяца +26…28°С, которая наблюдается в июле месяце. В наиболее жаркие дни она поднимается до +44.6°С.

Самый холодный месяц – январь, со средней температурой в пределах 7…11°С и абсолютным минимумом температуры – 33.4°С.

Среднемесячная температура ниже нуля наблюдается три месяца в году – в декабре, январе, феврале, хотя по длине реки от Шардаринского водохранилища до Аральского моря она может наступить гораздо раньше и держаться долго ближе к дельте реки.

Средняя температура самого холодного месяца – 6°С (январь) морозы могут достигать предельных величин от 28°С до 38°С (ноябрь – март месяцы).

Средние даты первых заморозков 7 октября и последних заморозков 12 апреля.

Первый снег выпадает в начале декабря, последний – в начале марта. Устойчивый снежный покров держится от 25 до 79 суток, высота его 10…15см.

Годовая сумма осадков незначительна – 150…200 мм, максимальное количество осадков, выпадающих за 1 сутки – от 14 до 37 мм. Большая часть из них выпадает в зимне-весенний период, наибольшее количество осадков выпадает в марте.

В зоне формирования стока и нижнем течении река замерзает ежегодно, а в середине не замерзает. Граница между двумя фазами ледообразования перемещается по реке: при похолоданиях – вверх по течению, а при потеплениях – вниз. Динамика ледовой обстановки с указанием фактических сроков ледостава и ледохода на реке Сырдарья за последние 20 лет приведена на табл. 2.

С наступлением отрицательных температур на Сырдарье появляются ледовые образования: вначале появляется шуга и забереги, затем устанавливается ледостав. Ледоставу обычно предшествует шугоход, в отдельные годы в течение зимы шуго – и ледоходы могут повторяться, когда температура переходит через «ноль».

По характеру замерзания участок реки Сырдарья ниже Кызылординского гидроузла неоднороден.

В нем выделяются следующие подучастки:

Подучасток от Кызылординского гидроузла до Айтека (901-949 км от Шардаринского водохранилища) является сложным, так как здесь пойма реки хозяйственно освоена, нет условия для разлива потока при паводках и руслового регулирования и, поэтому, пропускная способность низкая. Русло реки зажато противопаводковыми дамбами, в периоды ледостава и ледохода происходит резкое повышение уровня воды и возникает угроза прорыва дамб.

Подучасток от Айтека до пос. Жосалы (949-1186 км). Здесь река разделяется на два рукава. Левая основная часть реки характеризуется обилием излучин, большим числом естественных преград в виде переката и поэтому часто разливается. Правая часть реки более устойчиво выдерживает воздействие зимнего стока.

Подучасток от пос. Жосалы до Казалинского гидроузла (1186-1459 км) представлен небольшими изгибами и большим уклоном, водный режим благоприятен для транзита шуги, замерзает позже предыдущего участка, поэтому при зимнем режиме наименее опасен.

Подучасток от Казалинского гидроузла до гидроузла Аклак (1459-1591 км) считается началом дельты реки, участок извилист, является очагом частых зажоров и заторов, ледовые пробки чреваты прорывом дамб и наводнением прилегающих территорий.

Изучение зимнего режима реки ниже Кызылординского гидроузла до устья реки показало однозначно сложность протекания ледовых явлений и трудность их натурного изучения. Нам удалось изучить характер прохождения ледохода, параметры потока и русла на характерных местах этого участка и установить следующее:

— начиная с 1993 г. для этого участка реки характерен повышенный расход в течение всего зимнего периода, при котором образуется ледостав в более высоком уровне воды, чреватом последствиями.

— в большинстве случаев зимние расходы в подледном режиме проходят без особого затруднения, основная трудность в управлении зимним расходом приходится в период весеннего ледохода.

— морозная зима и повышенный зимний расход в пределах 1000- 900 м3/с ниже Кызылординского гидроузла создают сложности в период образования ледостава и вскрытия реки; следует ожидать заторно-зажорные явления не только в периоды прохождения ледохода, но и в середине зимы.

— в отдельные годы толщина льда на участке Кызылорда-Жосалы достигает 50-70 см, а в Казалинске – 90-110 см, что вызывает заторы и резкие подъемы уровней по мере продвижения ледохода вниз по течению.

Во второй главе «Условия формирования и использования стока в нижнем течении реки» изучены гидрологические условия использования стока в нижнем течении реки.

В бассейне реки Сырдарья в настоящее время построено более 15 энергетических гидроузлов с водохранилищами с общей емкостью более 35 км3.

Самыми крупными водохранилищами являются Токтогульское (объем 19,5 км3) и Шардаринское (объем 5,7 км3), которые являются комплексными и служат, кроме целей ирригации, для энергетики.

В последние годы в низовьях реки проведен ряд мероприятий по реконструкции существующих и строительству новых гидротехнических сооружений в рамках проектов РРССАМ 1 (Регулирование русла реки Сырдарьи и Северного Аральского моря, Фаза 1).

Сток реки используется в ирригации и энергетике, в ее бассейне развита гидротехническая инфраструктура, которая служит в основном для этих отраслей.

Многие естественные природные процессы в низовьях реки Сырдарья получили дополнительное ускорение в результате антропогенного воздействия человека на водные объекты (создание ГЭС, плотин, водохранилищ и т. д.).

Проблемой водного режима реки Сырдарья во все времена являлись дефицит воды в летний период для хозяйственных нужд и наводнения в период весеннего половодья, сопровождаемые огромным материальным ущербом, которая резко снизилась после строительства ряда водохранилищ в бассейне реки, и в особенности двух стратегически важных – Шардаринского (1965 г.) и Токтогульского (1973 г.).

Зимние наводнения в низовье реки наблюдаются при сбросе из Шардары более 700 м3/с воды, а опасность наводнения в створе Кызылорды, как правило, резко снижается при расходе воды менее 475 м3/с.

Причиной наводнений современного периода является уменьшение живого сечения и снижение пропускной способности русла на многих участках реки в результате заиления его в периоды, когда сток был минимальным.

Для оценки возможной заиленности или размыва реки осуществлено сравнение уровней воды в реке на гидропосту Томенарык при различных наполнениях воды. На рисунке 1 показано изменение отметок водной поверхности в районе г/п Томенарык при расходах 300, 500 700 м3/с.