Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим
София Романова, 2008

Настоящее учебное пособие – первая книга, в которой излагается материал по вопросам гидрохимии и гидроэкологии естественных (озеро Балкаш) и искусственных (водохранилища-охладители) бессточных водоемов Казахстана. На основе многолетних комплексных полевых и лабораторных исследований выявлены основные закономерности формирования их гидрохимического режима, а также факторы его определяющие. Показано влияние континентальности климата на гидрохимию водоемов, выявлены отличительные особенности водоемов аридной зоны по сравнению с таковыми гумидных областей, доказана исключительная самоочищающая способность природных вод Казахстана. Выяснена роль антропогенных факторов на протекание гидрохимических процессов в водоемах (карбонатообразование, карбонатонакопление, сорбция – десорбция, накипеобразование, катионный обмен, метаморфизация химического состава и др.). Приведены контрольные вопросы и упражнения для подготовки к рубежному контролю. Рассчитана на научных сотрудников, работающих в области гидрохимии, гидроэкологии, гидробиологии, гидрологии и специалистов других областей народного хозяйства, связанных с изучением и использованием водных ресурсов. Книга будет полезной и для студентов, аспирантов и преподавателей ВУЗов химических, географических и экологических специальностей.

Оглавление

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других

Глава 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНОВ И КОНЕЧНЫХ ВОДОЕМОВ

Большие размеры территории, ее внутриконтинентальное замкнутое положение, наличие больших замкнутых, бессточных бассейнов, орографическая, климатическая, геологическая, гидрогеологическая неоднородность приводят к значительному разнообразию природных условий.

1.1 Географическое положение и геоморфология

Бассейн оз. Балкаш и изучаемая его часть, Прибалкашье, расположены на юго-востоке Казахстана и включает территории Алматинской, юго-восточной части Карагандинской, юго-западной части Восточно-Казахстанской и восточную часть Жамбылской областей, а также северо-западную часть провинции Синьцзян КНР. Водоразделом бассейна на севере является Каркаралы-Актауский массив и хребет Чингиз-тау, на востоке — хребет Тарбагатай, на юге — восточные отроги хребтов Терскей, Кунгей Алатау и Илейского Алатау, на западе — Шу-Илейские горы (рисунок 1.1). Площадь Прибалкашья составляет более 500 тыс. км2, в том числе в пределах РК 400 тыс.км2 [1]. Протяженность бассейна с запада на восток более 900 км, с севера на юг 680 км. Координаты оз. Балкаш следующие: 730 261 в. д., 440591 с. ш.

По характеру рельефа на водосборном бассейне оз. Балкаш выделяются 5 физико-географических областей: мелкосопочник и низкогорья Казахстанской складчатой страны, равнины Балкаш — Алакольской впадины, системы Казахстано — Жонгарской горной области, Шу — Илейские горы и восточная часть Северно Тянь-Шанской горной области.

Сопки с куполовидными вершинами Казахского мелкосопочника поднимаются на 30 — 40, иногда до 100 — 200 м над прилегающей равниной [2; 3]. Хребет Чингиз Тау возвышается над окружающей местностью на 500 — 600 м. Высота хребта Тарбагатай составляет 2000 — 2500 м, а в центральной части до 3000 м. Здесь преобладают сопки, поднимающиеся в виде отдельных куполов.

Средняя высота равнинного плато Северного Прибалкашья около 400 — 450 м. Рельеф представлен обособленными холмами и короткими невысокими горными цепями. Дно Балкаш — Алакольской впадины ровное, местами занято солеными и горько — солеными озерами, топкими солончаками. Абсолютные отметки 340 — 450 м [1]. Общий наклон поверхности котловины направлен к ее центру.

Жонгарский Алатау характеризуется платообразными пространствами («сырты»). Юго-восточным продолжением Жонгарского Алатау является хребет Борохоро, северный склон которого ограничивает Эби — Нурскую котловину с юга, а южный — Илейскую впадину с севера.

Абсолютная высота Илейской впадины меняется от 600 м у границы КНР до 500 м в районе плотины Капшагайской ГЭС. Илейский Алатау, являющийся наиболее северной цепью Тянь-Шаня длиной около 250 км, шириной 30 — 40 км, образует полого — вогнутую к югу дугу широтного направления. В центральной части высота хребтов достигает около 4 км и более. К востоку и западу, высоты хребта понижаются, к северу — склоны становятся крутыми. Для среднегорий и высокогорий Илейского Алатау наиболее характерен крутосклонный глубокорасчлененный рельеф.

1 — горные хребты; 2 — абсолютная высота местности; 3 — пески; 4 — районы оледенения.

Рисунок 1.1 — Схема орографического строения территории бассейна озера Балкаш (по Ж. Достаю)

К водоемам и водотокам Экибастузского топливно-энергетического комплекса (далее ЭТЭК) относятся: канал Ертис-Караганда им. К. Сатпаева (далее КЕК); Экибастузское резервное водохранилище (далее ЭРВ); ВО Экибастузской ГРЭС-1 (далее ЭГРЭС-1), созданное в промытой котловине мелководного горько-соленого озера Жанкельды, с впадающей в него р. Лог Жанкельды; ВО Экибастузской ГРЭС-2 (далее ЭГРЭС-2), построенное в котловине соляного озера Шандаксор; р. Актасты, впадающая в оз. Шандаксор; оз. Карасор, понижение которого используется для гидрозолоудаления (далее ГЗУ, рисунок 1.2).

Экибастузские ГРЭС-1 и ГРЭС-2 расположены на территории Павлодарской области, соответственно, в 16 и 30 км к северо-востоку от г. Экибастуза, и 120-134 км западнее г. Павлодара. Район имеет своеобразный гидрографический характер с очень редкой сетью временных водотоков и логов, действующих только в период снеготаяния.

Рельеф района представляет собой плоскую равнину с отдельными понижениями и впадинами, часто занятыми мелководными горько-солеными озерами. Характерной чертой этих озер является их периодическое наполнение и высыхание. В наиболее сухие годы эти озера пересыхают полностью. Цикл наибольшего наполнения повторяется примерно через 10-12 лет в наиболее многоводные годы [4-7].

На берегу одного из таких озер, Жанкельды, расположена площадка Экибастузской ГРЭС-1, а на берегу оз. Шандаксор — Экибастузская ГРЭС-2.

Котловина оз. Жанкельды вытянута с юга на север (6х8 км2), имеет пологие склоны. Абсолютные отметки дна 150-150,5 м (уровень существующего озера). Плоские поверхности, которые образуют пологие склоны котловины, имеют отметки 160-165 м на севере, 175-180 м на юге.

Берега озера крутые, низкие (1,5-2 м), глинистые, супесчаные или суглинистые, покрыты скудной степной растительностью. В прибрежной части развиты солонцы с характерной для них растительностью — солянкой и солеросом. С северо-западной стороны в озеро направлен лог Жанкельды, сток воды по которому происходит только в период снеготаяния. Еще несколько мелких логов направляются в озеро с разных сторон.

Озеро Шандаксор расположено в 30 км к северо-востоку от г. Экибастуза. Состоит из нескольких западин, соединяющихся друг с другом, с замысловатой конфигурацией берегов и плоским дном. В бессточной озерной впадине насчитывается три наиболее крупных котловины — западная, восточная и южная, соединяющиеся между собой узкими лентами понижений. Отметки дна основных котловин различаются на 0,7-0,8 м; наименьшей отметкой дна характеризуется восточная котловина (119,6 м), наибольшей — южная (120,4 м). Максимальное наполнение озера в многоводные годы не превышает 1,5м.

Берега озера хорошо выражены, чаще крутые или умеренно крутые, устойчивые, задернованы, высота их 1,5-3,0 м. Площадь водосбора озера составляет 270 кв.км, средняя площадь зеркала 4,2 кв.км. В озеро с северозападной части впадает р. Актасты, с юго-западной — ручей без названия. Площадь водосбора лога Актасты составляет 174 кв.км. Основная часть поверхностного притока в озеро поступает по этому логу. В настоящее время бассейн оз. Шандаксор с западной стороны пересекает Шидертинский оросительный канал.

Лог Актасты берет начало в обширном понижении с весьма пологими склонами, расположенными в 23 км к северу от г. Экибастуза. Длина реки 21 км, средний уклон 2,8 0/00. Ширина русла в верхнем течении 20-40 м, между 10 и 6 км от устья оно сужается до 2-3 м, а затем расширяется до 15-20 м. Берега преимущественно крутые, их высота от 0,5 до 2,0 м, а на отдельных участках нижнего течения достигают — 3-4 м.

Источником технического водоснабжения ЭГРЭС-1 и ЭГРЭС-2 является канал Ертис-Караганда им. К. Сатпаева, который начал функционировать в декабре 1974 г. Отъем воды производится из р. Ертис (протока Белая) у г. Аксу Павлодарской области. Протяженность канала до г. Караганды составляет 458 км; пропускная способность по проекту 2000 млн.м3 в год; расход воды у головного водозабора в разные сезоны 55-75 м3/с; ширина по дну 4 м, по верху до 40 м, глубина 5-8 м. Скорость течения на участке Экибастузского промрайона — 0,78 м/с [6]. 22 насосные станции (далее НС) осуществляют подъем воды из р. Ертис в канал на высоту около 416 м (водораздел рек Шидерты и Нура) [8-9].

До Экибастузского резервного водохранилища вода КЕК с помощью четырех насосных станций поднимается на высоту около 72 м. От головного сооружения до насосной станции № 2, канал протяженностью около 100 км, пересекает Приертискую равнину в широтном направлении. От НС № 2 до НС № 6 канал проходит в области равнинно-мелкосопочного рельефа: пересекает склоны сопок, межсопочные понижения, пологие возвышенности в выемках, насыпях, полувыемках — полунасыпях. Кроме 22 НС на трассе канала сооружено 13 водохранилищ общим объемом 1016 млн.м3, площадью 237 км2, 11 из которых образуют каскад на р. Шидерты. Участок трассы канала протяженностью около 200 км имеет свою водосборную площадь, равную примерно 9,0 км2. За период 1967-1995 гг. в канал подано 17,9 км3 ертиской воды, а объем водопотребления на его территории составил 14,7 км3. По предварительным расчетам, потеря воды на фильтрацию по трассе канала колеблется в пределах 30-78 млн.м3, на испарение 130-200 млн. м3, что равно, естественно, 5-11 и 20-28% забора воды из р. Ертис.

ЭРВ создано на 125-ом км трассы канала Ертис-Караганда путем перекрытия плотиной лога Жанкельды в 10 км от устья. Морфометрические характеристики ЭРВ следующие: НПУ-182,5 м; площадь зеркала 6,5 км2, объем 15,6 млн.м3, средняя глубина 2,3 м, наибольшая глубина в приплотинной части 9,0 м. Водохранилище служит для обеспечения водой ЭТЭК.

Площадь ВО ЭГРЭС-1 при нормальном подпорном уровне 158,5 м равна 19,5 км2, средняя глубина 4,6 м, максимальная у водозабора 8,5 м. Полная проектная мощность станции 4 млн.кВт. Циркуляционный расход воды на охлаждение конденсаторов турбин ГРЭС при 8 энергоблоках, каждый мощностью 500 тыс.кВт, составляет 120 м3/с. Подпитка ВО ЭГРЭС-1 водой КЕК осуществляется, как правило, ежемесячно (кроме зимнего периода в объеме 2,0-16,0 млн.м3 [10]. Приток воды по логу Жанкельды в ВО ЭГРЭС-1 составляет 0-1,05 млн.м3. Площадь водосборного бассейна почти 240 км2.

Площадь ВО ЭГРЭС-2 при отметке 132,2 равна 42,68 м2, объем 260 млн. м3, максимальная и средняя глубина, соответственно, 12,8 и 6,1 м. Площадь мелководий с глубинами менее 2,5 м составляет 17% от всей площади. Площадь водосбора около 270 км2.

Рисунок 1.2 — Схема района ЭТЭК

Площадь ВО ЮК ГРЭС планируется довести до 19,6 км2 при отметке 344,0 мБС, объем при НПУ составит 96 млн. м3, средняя глубина 4,9 м, длина и ширина водоема, соответственно, 7,8 и 2,5 км. Площадь водосбора около 220 км2.

1.2 Геология и гидрогеология

В геологическом отношении Прибалкашье характеризуется большим разнообразием и сложностью. Если докембрийские отложения имеют ограниченное распространение в Шу — Илейских горах, Илейском и Терскей Алатау, то кембрийские — на значительных площадях этих территорий. Карбоновые отложения представлены спиллитами, диабазами, яшмами, известняками, эффузивами и песчаниками [1]. Отложения ордовика распространены на севере Прибалкашья, Тарбагатая, Чингиз-Тау, Шу — Илейских горах, Илейском и Жонгарском Алатау, Узынкаре и Кунгей Алатау. Девонские отложения широко распространены в северо-западном Прибалкашье и Шу-Илейских горах. Нижнекаменноугольные отложения в области каледонской консолидации образуют большой Илейский синклинорий на юге и широко распространены в Северном Прибалкашье, Тарбагатае, встречаются в пределах Терскей и Кунгей Алатау. На этих же территориях имеются и верхнепалеозойские отложения. Отложения триаса и юры, представленные в основном красноцветными континентальными осадочными формациями, развиты на востоке Илейской впадины. Общая мощность таких отложений достигает, соответственно, 450 и 290 м. Мощность меловых отложений здесь составляет 70 — 220 м. Отложения палеогена и нижнего неогена встречаются в Илейской, Балкашской и северной Жонгарской впадинах. В основном это глины, аргиллиты со слоями песчаников и мергелей. Четвертичные отложения имеют распространение во всех стратиграфических комплексах: нижние мощностью от 10 до 290 м; среднечетвертичные мощностью от нескольких метров до 250 м; верхнечетвертичные мощностью до 150 м и современные мощностью до нескольких метров.

Подземные воды распространены повсеместно, но условия их формирования, разгрузки, транзита, химический состав очень разнообразны [1]. В горной местности мелкосопочной равнины Северного Прибалкашья имеют преимущественное распространение трещинные воды, которые приурочены к различным литологическим комплексам жестких палеозойских пород [11].

В пределах межгорных и горных впадин с рыхлыми мезозойскими и кайнозойскими отложениями формируются поровые грунтовые и напорные воды. К впадинам приурочены наиболее крупные (Балкашский, Алакольский, Илейский) и мелкие (Текесский, Кегено — Каркаринский, Жаланашский и др.) артезианские бассейны. Расходование подземных вод в Южном Прибалкашье происходит за счет испарения, транспирации и разгрузки в речную сеть, а также непосредственно в конечный водоем — оз. Балкаш. Подземный поток с северного склона Илейского Алатау в Илейскую впадину, идущий на глубокую инфильтрацию и не дренируемый в горах реками, оценивается модулем не более 1,7 л с 1 км2. В пределах предгорных и межгорных впадин выделяется несколько расположенных друг под другом водоносных горизонтов, питание, транзит и разгрузка которых различны. Подземные воды низкогорных и мелкосопочных районов Северного Прибалкашья формируются в основном за счет инфильтрации зимне-весенних атмосферных осадков. В аллювиальных долинах этого региона распространены грунтовые воды и напорные воды древних долин, которые при движении к оз. Балкаш частично расходуются на испарение и транспирацию на участках выклинивания на дневную поверхность. Глубина залегания уровня подземных вод изменяется в очень широких пределах от 0 до 100 м и более.

Содержание солей в грунтовых и подземных водах бассейнов рек Каратал, Аксу, Лепсы не превышает 1 г/л, а у оз. Балкаш — достигает 50 г/л. По составу воды изменяются от гидрокарбонатно-натриевых, сульфатно-натриевых до хлоридно-натриевых или смешанных.

В бассейне р. Иле выделяются 5 водоносных горизонтов по условиям залегания, циркуляции и формирования химического состава. Водоносный комплекс четвертичных озерных песчано-глинистых отложений находится вблизи оз. Балкаш с глубиной залегания не более 2 м и дебитом водопунктов 0,11 — 0,26 л/с [1; 11]. Химический состав их отличается пестротой в силу особого положения побережья оз. Балкаш в наиболее пониженной, слабодренированной части впадины, близкого залегания уровня подземных вод и высокого испарения, что в конечном итоге способствует протеканию процессов континентального солеобразования. Содержание солей здесь колеблется в пределах 7 — 15 г/л и более.

Водоносный комплекс четвертичных эолово-озерно-аллювиальных отложений наиболее распространен в Балкашской впадине с глубиной залегания 5 — 10 м и пестрым химическим составом. Водоносные горизонты в четвертичных эоловых песчаных отложениях находится в междуречье Иле — Каратал, левобережье р. Иле, плато Карой и в долине р. Иле с глубиной залегания от 5 до 30 м. Водоносность пород различная, от 0,1 до 3,0 л/с, минерализация вод до 3 г/л. Водоносный комплекс четвертичных делювиальнопролювиальных щебнистых и супесчано-суглинистых отложений находится у северо-восточного склона Шу — Илейских гор, на плато Карой и южных островов Жонгарского Алатау с глубиной залегания от 11 до 50 м (местами напорные), минерализацией воды до 3 г/л и смешанного химического состава. Водоносные горизонты четвертичных аллювиальных отложений имеют распространение в долине р. Иле и ее притоков с глубиной залегания менее 5 м, разной минерализацией воды (до 1 г/л и 3 — 15 г/л) и химическим составом.

В основании ложа водохранилища-охладителя ЭГРЭС-1 залегают скальные и полускальные породы, перекрытые крупнообломочным и глинистым аллювием этих же пород. Выше залегают рыхлые отложения кайнозойской группы, состоящие из суглинисто-супесчаных и, в меньшей степени, песчаногравийных отложений палеогена четвертичного возраста. По периферии оз. Жанкельды развиты озерно-аллювиальные и озерные отложения, представленные коричневатыми суглинками и супесями с включением различного количества щебня и гравия. Собственное ложе оз. Жанкельды наполнено озерными суглинками и супесями, покрытыми слоем илистых осадков мощностью от 0,2 до 1,5 м. Водовмещающими являются песчаные и песчано-гравийные породы палеогенных и четвертичных отложений и трещиноватые породы палеозоя [6; 12-17]. Движение подземных вод направлено в сторону оз. Жанкельды. В районе оз. Карасор имеет место палеогеновая и ордовикская система пород. По трассе КЕК распространены породы палеогеновой, четвертичной, ордовикской и девонской систем. Локально встречаются породы кембрийской системы и граниты.

В геологическом отношении верхний слой дна оз. Шандаксор (0,5 — 2,0 м), а участками от 3,0 м и более сложен песчано-глинистыми грунтами четвертичного возраста. Обрамляют котловину (кроме южной стороны) аллювиальные отложения чагройской свиты палеогена, представленные песками различной крупности, часто с суглинистым и супесчаным наполнителем, а также супесями, суглинками и желтовато-серыми глинами; мощность этих отложений преимущественно 2-3 м, с запада они спускаются в котловину почти до озера.

На всей площади котловины, за исключением юго-запада, встречаются глины чеганской свиты палеогена, выстилающие и частично слагающие борта котловины и создающие водонепроницаемый экран (кроме восточной и северовосточной частей), где водораздел Шандаксор — Карасор сложен песками мощностью до 30 м. Породы четвертичного и палеогенового возрастов лежат на палеозойских порфиритах, их лавах и туфах. Последние в южной и югозападной частях котловины выходят на поверхность отдельными буграми.

Грунтовые воды в районе озера Жанкельды представлены двумя водоносными горизонтами. Глубина залегания уровня первого от поверхности водоносного горизонта колеблется от 0,5 до 1,5 м. Глубина вскрытия кровли водоносного горизонта фиксирована от 0,5 до 3 м ниже установленного уровня. Химический состав подземных вод разнообразен. Минерализация колеблется от 1 до 171 г/л, состав воды чаще хлоридно-натриевый, реже хлоридносульфатно-натриевый или хлоридно — сульфатно — натриево-кальциевый.

Высокоминерализованные грунтовые воды северной котловины оз. Жанкельды в бортовых её частях переходят в менее минерализованные (редко 3 г/л). Колебания уровня грунтовых вод прямо зависят от атмосферных осадков, являясь основным источником их питания. Грунтовые воды хлориднонатриевого состава с сухим остатком выше 5 г/л встречаются в северовосточной котловине на отметках 147-147,5 м. Амплитуда колебания грунтовых вод не превышает 1 м. В ионном составе грунтовых вод восточной котловины преобладают Clи Na+, сухой остаток колеблется в пределах 2,5-15 г/л. Воды обладают сульфатной агрессией по отношению к бетону.

Глубина залегания уровня грунтовых вод на участке глубинного водозабора колеблется от 0 до 8 м от поверхности. Амплитуда колебания уровня составляет 1м. Состав вод характеризуется преобладанием Cl, SO 24, Na+ — ионов и сухим остатком от 3 до 10 г/л. На участке водозаборного тракта восточного направления грунтовые воды залегают в отметках 151,0-148 м абс., западного направления — 151-151,5 м. Грунтовые воды по трассе золошлакопровода залегают на глубине 8-15 м и лишь на участке трассы в котловине оз. Карасор грунтовые воды залегают на глубине 2,5-4,0 м.

Изучая запасы солей в озерах Шандаксор и Карасор, ученые проектного института НОТЭП (г. Новосибирск) пришли к выводу о том, что поступление солей с водосбора компенсируется оттоком с инфильтрующимися водами, т.е. запасы солей в оз. Шандаксор практически стабилизировались. Наоборот, в оз. Карасор происходит постоянное накопление солей, поступающих с поверхностными и грунтовыми водами, а инфильтрационный поток весьма незначителен или отсутствует. Это предположение подтверждается гидрогеологическим строением озерных котловин: под озером Шандаксор располагается ареал высокоминерализованных подземных вод, а довольно глубокая Карасорская впадина является котловиной выдувания и своеобразным испарителем подземных вод [4-6].

1.3 Гидрографическая сеть

В настоящее время в оз. Балкаш впадает 5 постоянных притоков: Иле, Каратал, Аксу, Лепсы и Аягуз, которые формируют основной свой сток в горах Тянь — Шаня и частично в горах Тарбагатая и Чингиз-Тау. Реки Моинты, Токрау и Баканас не доходя до озера, теряются в песках, однако в многоводные годы лишь р. Токрау доносит свои воды в озеро. Имеет место сток в озеро подземных вод по долинам этих рек (рисунок 1.3).

Суммарные водные ресурсы региона в зоне формирования стока до 1969 г. составляли 28,9 км3 в год, из них 22,9 км3 в год формируется в бассейне р. Иле; 5,4 км3 в год — в бассейнах рек Каратал, Лепсы и Аксу, а 0,6 км3 в год — в бассейне р. Аягуз, а в зоне формирования стока рек северного Прибалкашья — 0,1 км3 в год [18]. Из этого объема водных ресурсов лишь около 15,1 км3 ежегодно достигало оз. Балкаш, где расходовалось преимущественно на испарение. Остальная часть этой влаги в объеме 13,7 км3 ежегодно расходовалась в естественной гидрографической сети [19]. Из суммарного стока рек бассейна оз. Балкаш — 17,4 км 3 в год формируется на территории КНР, в верховьях р. Иле (ГП Ямате). По водности и мутности вода р. Иле занимает третье место среди крупных рек Средней Азии после Сырдарьи и Амударьи. В пределах РК река Иле на своем пути принимает много притоков: левобережных Шарын, Шилик, Есик, Талгар, Каскелен с Узын Алматы и Киши Алматы, Курты; правобережных — несколько небольших.

В 1999 — 2002 гг. реки Каратал и Лепсы находились в многоводной фазе гидрологического режима. Поэтому в их руслах шел интенсивный размыв плесов и намыв перекатов, вследствие чего в устьях этих рек отложилось много наносов, поменялся рельеф устья [20]. Так, в р. Каратал основной поток воды из рукава Актоган в 2002г. переместился в протоку Сары — Есик. На р. Лепсы поток весенне-летнего периода имел глубину 1,5 — 2,0 м и ширину 10 — 12 м. В настоящее время р. Аксу превратилась в приток р. Лепсы.

Рисунок 1.3 — Гидрологическая изученность Иле-Балкашского бассейна (по Айс. Турсуновой [20])

Сток по р. Аягоз незначителен, т.к. большая его часть разбирается на орошение. Среднемноголетний расход воды р. Аягоз составляет 2,90 м3/с, в то время как у р. Иле — 478, р. Лепсы — 25,2, р. Аксу — 1,70 м3 /с. Таким образом, весь речной приток в восточный Балкаш (ВБ, по Тарасову М.Н. озеро разделено на 4 гидрохимических района, V-VIII) представлен стоками рек Каратал и Лепсы с объемом не менее 3,9 км3. Этой воды достаточно, чтобы полностью компенсировать расходы на испарение VII, VIII и частично VI — го гидрохимических районов, если учесть объемы осадков на поверхность воды суммарной площадью около 5 тыс.км2 (28% общей площади озера). Авторы [19] предполагают, что влияние стока р. Иле распространяется до устьевых участков р. Каратал, т.е. ее сток компенсирует испарение на 72% площади всей акватории озера, а на остальных 28% — возмещается водой восточных рек.

С повышением стока рек в последние годы (с 1988 по 2002 гг.) в бассейне оз. Балкаш уровень воды заметно возрастает, оживляется жизнь во многих озерах дельты рек и самих реках и рукавах, протоках, намечаются положительные тенденции в изменении экосистемы озера.

Река Иле, самый крупный приток оз. Балкаш, образуется от слияния рек Каш, Текес и Кунгес, истоки которых расположены в Северном Тянь-Шане. Общая длина реки, считая за исток р. Текес, равна 1439 км. Водосборная площадь р. Иле составляет около 3/4 площади бассейна оз. Балкаш. Значительная стокоформирующая часть бассейна р. Иле, почти 45% площади, расположена в пределах КНР, где гидрографическая сеть хорошо развита. Согласно исследованиям [20] сток по р. Иле из территории СУАР КНР в 19882002 гг. продолжает уменьшаться из-за резко возросших заборов воды на сельскохозяйственные и другие нужды: из р. Каш в бассейн оз. Эбиноор, а из рек Кунес и Коксу в бассейн р. Тарим. Средняя и нижняя части бассейна характеризуются редкой гидрографической сетью, большие пространства полностью лишены поверхностного стока. В левобережной части бассейна со склонов гор к руслу р. Иле стекает большое количество горных рек [21]. После впадения таких крупных притоков, как Шарын, Шилик в верхнем и Тургень, Есик, Талгар и Каскелен в среднем течении, водность реки увеличивается на 37%. После выхода из Капшагайского ущелья р. Иле несет воды по Прибалкашской равнине и заканчивается обширной дельтой площадью почти 8 тыс.км2 . Река Иле при впадении в оз. Балкаш разделяется на 3 рукава: Топар, Иле и Жидели. Длина протоки Топар около 184 км, ширина русла от 18 до 50 м, глубина в межень 1 — 2 м, скорость течения 0,5 — 1,0 м/с. Длина протоки Иле около 200 км, ширина 50 — 500 м, глубина 1 — 2 м, скорость течения 0,5 м/с в межень и до 2 м/с в паводок. Русло протоки Жидели относительно молодое и мало извилистое, ширина ее колеблется от 50 до 100 м (иногда до 200 м), глубина 2 — 5 м, скорость течения 1,5 м/с и более.

По данным Гидропроекта [1] и С.А. Абдрасилова [22] на систему Жидели приходится около 91%, Иле — от 4,6 до 7,4%, Топар — от 3,2 до 5,0% стока р. Иле. На территории дельты р. Иле имеется большое число озер и разливов. Среднемноголетняя величина потерь стока в дельте составляет около 3 км3, это 20% стока р.Иле в вершине дельты. Дельта р. Иле оказывает регулирующее влияние на сток в оз. Балкаш как во внутригодовом, так и многолетнем циклах. Согласно исследованиям Р.М. Хайдарова система рек Иле и Топар находится в стадии отмирания, а система пр. Жидели — в стадии формирования единого русла [19; 23]. Реки Аягоз, Каратал, Аксу и Лепсы при впадении в оз. Балкаш также образуют дельты.

Общее количество рек и временных водотоков в бассейне оз. Балкаш свыше 52000 общей протяженностью более 137000 км. Согласно [2] в 1970г. насчитывалось около 24000 озер и искусственных водоемов. Небольшое количество мелких озер, преимущественно пресных, имеется по долинам рек Биен, Баскан и др., а также в долинах горных рек, особенно вблизи концов ледников. Общая площадь всех озер и водохранилищ составляет около 5% площади водосбора. Количество водохранилищ и прудов свыше 150, самое крупное — Капшагайское на р. Иле (1740 км2 при НПГ) [24].

Канал Ертис — Караганда имеет собственную водосборную площадь около 9260 км2 [8]. Гидрографическая сеть на различных участках КЕК неодинакова. Наиболее густая сеть водотоков имеется на территории Казахского мелкосопочника, где канал принимает воды р. Шидерты и около 10 временных водотоков, а также весенние паводковые воды рек Жанкельды и Тузды.

1.4 Почвы и растительный покров

В пределах водосборного бассейна оз. Балкаш в южном направлении наблюдается последовательная смена широтно-вытянутых почвенных зон и растительного покрова в соответствии с зональным изменением климата. Выделено три характерных района — северный, центральный и южный [2; 3].

Для северного района характерно преобладание светло-каштановых почв различной солонцеватости, покрытых типчаково-полынными растениями. Часто в замкнутых котловинах или понижениях речных долин развиты луговые солончаки. Большинство светло-каштановых почв на глубине 60-100 см имеют горизонт скопления гипса. Для всех почвенных зон Казахского мелкосопочника и, в частности, для рассматриваемой зоны светло-каштановых почв характерно большое количество щебня. Большая часть акватории оз. Балкаш приходится на Центральный район и сложена главным образом бурыми, часто солонцеватыми и солончаковыми почвами. На таких участках доминируют преимущественно пески и солончаки. Центральный район, в свою очередь, подразделяется на три региона по зональности.

На территории северного и западного Прибалкашья преобладают хрящевато-суглинистые и хрящевато-супесчаные бурые почвы в комплексе с солонцами, в замкнутых понижениях — суглинистые и супесчаные бурые почвы в комплексе с солончаками. Растительный покров представлен полыннозлаково-солянковой растительностью.

На территории южного Прибалкашья в области пустынных степей развиты бурые пустынно-степные почвы и малокарбонатные сероземы, большей частью незасоленные. На пойменных террасах рек и в дельтах встречаются участки суглинистого и глинистого аллювия. Здесь развиты комплексы такыровидных сероземов, такыров и солончаков. Поверхность такыровидных почв по древним долинам рек Иле и Каратал оголена на 60 — 70% и разбита трещинами. Растительность Центрального района представлена однолетними растениями (мятлики, пустынная ромашка, песчаная осока) и представителями кустарниковой растительности (джузгуны, акации) [25; 26].

Южный район занимает предгорные равнины и горные массивы. Для этих массивов характерны вертикальные почвенные зоны и особые типы горных почв, связанные с условиями горного климата, рельефа и материнских пород. По мере поднятия в горы наблюдается постепенная смена пустынно-степных и степных почв лесостепными, горными, лесными и горно-луговыми почвами. Почвы предгорных лессовых равнин Жонгарии и Илейского Алатау характеризуются развитием малокарбонатных сероземов. Эти зоны сероземов расположены на высоте 550-600 м. Над ними от 700 до 1200 м, преобладают горно-каштановые почвы, на которых произрастают горные леса (тянь-шанские ели, пихта). Сероземы и горно-каштановые почвы не солонцеваты и не засолены. Лишь в местах выхода грунтовых вод развиты солончаковатые почвы лугово-сероземного типа.

Горно-степной пояс окаймляет Жонгарский Алатау полосой между 800 — 1400 м над уровнем моря. Здесь распространены горные тучные выщелоченные черноземы и темно — каштановые почвы. Растительный покров представлен злаково-разнотравными и кустарниковыми ассоциациями. На платообразующих участках верхней зоны Тарбагатая располагаются горнолуговые альпийские почвы с разнотравными лугами до высоты 2500-2600 м. На высоте 2700-3000 м располагается пояс субальпийских ландшафтов с преобладанием темноцветных горно-луговых почв, с участками дерновых лугово-степных. На 3000-3100 м находится пояс альпийских ландшафтов. Почвенный покров здесь развит лишь местами и представлен светлыми, малоразвитыми горно-луговыми почвами.

На южном склоне Жонгарского Алатау на высотах более 3500 м над уровнем моря расположен гляциально-нивальный пояс с ледниками, снежниками, осыпями и выходами коренных пород. Растительность представлена луговыми и кустарниковыми степями.

В западном районе Прибалкашья преобладающим и зональным типом являются серо — бурые почвы, которые формируются по мелкосопочнику и межсопочным понижениям. В последних выделяются солонцы, составляющие комплексы с серо-бурыми почвами. В приозерных понижениях распространены аллювиально-луговые, в меньшей степени луговые почвы различной степени засоления. Краевые части приозерных понижений состоят из солончаков. Особенностью химизма серо — бурых почв является высокая карбонатность, низкое содержание гумуса (0,10 — 0,47%), безструктурность, засоленность и защебненность как с поверхности, так и по глубине.

В соответствии с соотношением тепла и влаги наблюдается закономерная смена пояса лиственного леса на кустарниковый пояс и альпийские луга. Далее, в связи с понижением температуры воздуха, отсутствием почв располагаются скалы, вечные снега и ледники [21].

Растительный мир бассейна оз. Балкаш разнообразен по составу и биологическим особенностям. Во влажных местообитаниях при большой надземной массе растительность обычно расходует до 600 мм воды, а тростниковые заросли до 1150 мм в год [27]. В условиях пустынного климата, характерного для большей части Балкашского водосборного бассейна, водноболотные комплексы являются интразональными. Создание Капшагайской ГЭС на р. Иле привело к снижению и выравниванию сезонных колебаний расходов воды и сосредоточение их в руслах. Большая часть речного стока, а с ним и загрязняющих веществ, стала проходить через долины и дельты, не задерживаясь в пойменных озерах и лугах. К 1975г. обсохли значительные площади тростниковых мелководий и заливов. Сокращение обводнённости дельт обусловило обсыхание плавней и озер, способствовало усилению пастбищных нагрузок на тугайные сообщества и ускорило их деградацию. Площади заливаемых лугов, составляющих основу кормовых угодий, сократились в дельте р. Иле на 2/3; на оставшихся площадях наблюдалось снижение продуктивности сообществ [15].

К настоящему времени на большей части территорий дельт рек Иле, Аксу и Лепсы наблюдается формирование сообществ пустынного типа вместо водноболотных и луговых [28]. При снижении уровня воды оз. Балкаш, обнажающееся песчаное дно озера зарастает низкорослым тростником или галофитами, что свидетельствует об опустынивании бывших водно — болотных угодий побережья озера [29]. Установлено, что из состава растительности дельт рек Иле, Амударьи и Сырдарьи утеряны три формации пойменного типа [19]. Это практически невосполнимая потеря, так как все они являются мезогидрофильными, а в современных дельтах такие условия среды уже практически не существуют. В настоящее время на оз. Балкаш происходит затопление ранее обсохших участков, возвратные смены гидроморфных сообществ [30]. Современное состояние, структура и динамика растительности низовьев рек южного Прибалкашья достаточно подробно изложены в монографиях [1; 31].

Ниже представлена характеристика засоленности почв и растительности Приертысья.

По данным изысканий НОТЭП (1964 г.) засоление грунтов (44 образца) ложа ВО ЭГРЭС-1 распространяется на глубину более 7 м: наибольшую засоленность имеют верхние слои грунта; наименьшую — нижние; наиболее засоленными являются рыхлые илистые отложения оз. Жанкельды, имеющие среднюю мощность 0,60 м; содержание солей в них составляет в среднем 35 % от веса абсолютно сухих илов. Засоление суглинков и супесей, залегающих под илами, колеблется в пределах 7-12%, а почв, слагающих борта озера, попадающие в зону затопления — в среднем 2,5 % от веса грунта.

Основной солью, определяющей минерализацию илистых отложений оз. Жанкельды, является гипс (СаSО4·2Н2О), количество которого достигает 4560% от суммы всех солей. По мере снижения солесодержания в породообразующих минералах с глубиной уменьшается и концентрация гипса (до 15-1%). Содержание сульфата магния не превышает 1%. Хлориды присутствуют в количестве от 1 до 5 % и представлены в большинстве случаев хлоридом натрия (NaCl). Более высокие концентрации хлоридов натрия и калия (4-5%) и относительно низкое содержание (до 1%) хлорида магния, отмечены в суглинках на глубине 3-5 м, что, возможно, связано с влиянием высокоминерализованных грунтовых вод хлоридного типа. Установлено, что степень засоленности илистых отложений неравномерна по площади озера и максимальных значений достигает там, где создаются наиболее благоприятные условия для садки солей: минимальный приток пресных вод, неглубокий легко прогреваемый участок. Отмечается также и сезонное колебание засоленности ила, связанное с изменением уровня воды в озере.

Изучая засоленность породообразующих минералов, прилегающих к озеру до глубины чаще 4-5 м, реже до 6-8 м, выявлено, что в бортах оз. Жанкельды кроме гипса в значительном количестве содержится галит (NaCl), от 0,5 до 1 % при общем солесодержании 2,5 %. Засоленность почв до 1-3% в чаше водохранилища встречается повсеместно, а до 4-6 % — лишь на отдельных участках. Характер распределения солей по глубине разреза оказался почти одинаковым для всех участков повышенной засоленности, а именно: а) от поверхности до глубины 1,0-1,5 м содержание солей составляет около 1 %; б) в интервале глубин 1,0-2,5 м засоленность резко повышается до 4-6 % и более; в) на глубине 2,5-3,0 м содержание солей снижается до 0,5-1,0 %; г) мощность слоя почв с повышенной засоленностью практически по всему периметру чаши не более одного метра.

Грунты озерной котловины Шандаксор в пределах площади проектируемого водохранилища в 1977-1978 гг. являются в различной степени засоленными вторичными минералами: галитом, мирабилитом (Na2SO4 .10H2O), эпсомитом (MgSO4 . 7H2O), кизеритом (MgSO4 . H2O), гипсом и др. [6]. Встречаются грунты незасоленные (менее 0,35 %), слабо засоленные (0,350,50%), сильно засоленные (0,6-1,0%) и солончаки (до 3,0%). Качественный состав содержащихся в грунтах водорастворимых солей следующий:

— в бортах озерной котловины при солесодержании не больше 2,0-3,0 % имеется преимущественно сульфатно-хлоридная или хлоридно-сульфатная, натриевая или натриево-кальциевая засоленность;

— в поверхностном слое (до 1,0 м) при полностью пересохшем озере преобладают хлориды или сульфаты натрия, магния или кальция.

Содержание труднорастворимых солей (СаСО3, MgСО3, СаSО4) в донных отложениях составляет 4-9 %, легкорастворимых — 91 — 96 %.

Запас водорастворимых солей в верхнем метровом слое грунта бортов на площади ВО ЭГРЭС-2 около 40 км2 составляет 900 тыс. тонн, из них около 350 тыс. тонн приходится на площадь озера 6,0 км2 (таблица A 1). В слое грунта мощностью 3,0 м запас солей ориентировочно равен 2 млн. 600 тыс. тонн [6].

Почвенный покров в районе метеостанции г. Экибастуза представлен темно-каштановыми солонцеватыми малогумусными почвами. Почвенный разрез характеризуется следующим составом: 0-40 см — чернозём (наносный слой); 40-50 см — солонец (прослойки); 50-100 см — легкий суглинок; 100-240 см — суглинок тяжелый с камнями; 240 см и ниже — супесчаная почва с водой. Почвы в районе метеостанции Павлодар — светло-каштановые, в пойме реки Ертис — чернозёмные, наносные. В середине трассы КЕК распространены солонцы (от оз. Карасор до г. Экибастуз локально на площади от 10 до 60 кв.км); каштановые и светло-каштановые малоразвитые и неполноразвитые щебнистые солонцеватые; каштановые и светло-каштановые малоразвитые и неполноразвитые щебнистые почвы.

Растительный покров района исследования чрезвычайно пестрый и образован преимущественно караганово-ковыльно-типчаковыми, полыннотипчаковыми группировками, которые чаще всего летом выгорают [8; 9]. По акватории озер (Карасор, Шандаксор и др.) распространены галофитнолуговая и галофитно-полукустарничковая растительность на солонцах и солончаках. Вдоль рек Ертис, Шидерты, ЭРВ имеют место пойменные луга и кустарники [32-34]. На правобережье р. Ертис нет древесной растительности, за исключением отдельных деревьев ивы и тальниковых кустарников в пойме реки. Здесь преобладает растительность сухих степей: ковыль, тырса и др.

1.5 Климатические условия

Бассейн озера Балкаш подвержен северным, северо-западным и западным вторжениям полярных и арктических воздушных масс. Наибольшую повторяемость имеют вторжения полярного, наименьшую — арктического воздуха. В весеннее время здесь часты циклоны, когда влажные воздушные массы из Атлантики, Средиземного и Черного морей приносят огромное количество осадков. Летом часто вторгается теплый тропический воздух с Иранского нагорья. В горных районах на фоне общей циркуляции атмосферы проявляется местная горно-долинная циркуляция. Из-за значительных различий в геоморфологии климатические условия неоднородны [2; 24; 35]. Для бассейна оз. Балкаш характерны большие суточные и годовые колебания температуры воздуха, холодная зима, продолжительное, жаркое и сухое лето. Весенний период непродолжителен и характеризуется неустойчивой погодой, частыми возвратами холодов. Осенью учащается вторжение холодных арктических масс, что ускоряет переход к зиме.

Средняя годовая температура воздуха изменяется от 7°С на западном до 5,3°С на восточном побережье озера. Максимальная летняя температура достигают 40°С, минимальная зимняя — 45°С. Обычно в октябре — ноябре наблюдается понижение температуры воздуха на 9°С, что обусловлено вторжением северных воздушных масс и развитием отрога сибирского антициклона. В зимнее время характерны оттепели, а весной — интенсивный рост температуры воздуха. Для климата свойственно обилие солнечного света и тепла. Так, сумма солнечной радиации за год достигает около 30,0 кДж/см2. Кроме того, наблюдается большая сумма положительных температур воздуха в течение вегетационного периода (около 3500 0С). Годовая амплитуда температуры в равнинных районах составляет 35 — 40 0С, а в горах 25 0С и меньше. Большой величины достигают и суточные амплитуды температур, особенно в теплый период года.

Средняя годовая абсолютная и относительная влажность воздуха составляет, соответственно, 7 мб и 66%. Сочетание высоких летних температур с небольшим количеством осадков приводит к чрезвычайной сухости воздуха. Относительная влажность в холодный период года (ноябрь — март) — составляет порядка 80%, в переходные периоды (апрель — октябрь) колеблется в пределах от 57 до 67%, летом (июнь-август) — от 40 до 52 %. Дефицит влажности воздуха в течение года изменяется в пределах от 6,4 до 8,3 мб. Весной дефицит влажности быстро растет и в июле достигает 20 — 25 мб, а зимой снижается до 0,8 — 1,3 мб.

В районе оз. Балкаш отмечается увеличение средних многолетних сумм осадков с запада на восток. За период 1930-1969 гг. высота слоя осадков, выпадавших на акваторию озера, составляла в среднем 200мм в год, причем на Западный Балкаш (ЗБ) — 186 мм, на Восточный Балкаш (ВБ) — 220 мм, а за период 1970-1989 гг., соответственно, 178, 198 и 186 мм. Среднемноголетнее значение суммы осадков на метеостанции г. Балкаш за период с начала метеорологических наблюдений (1930) до 1997 гг. составило 136,2 мм в год, а на станции Алгазы — 128,4 мм в год [20]. Средний объем воды за счет осадков за 1930-1969 гг. составил 3,6 км3/год, а за 1970-1989 гг. — 3,5 км3/год.

Высокие летние значения температуры, сухость воздуха и сильные ветры создают благоприятные условия для испарения воды с поверхности озера. Средний слой и объем испарения за 1930-1989 гг. составляют, соответственно, 990 мм и 10,3 км3/год для ЗБ, 1000 мм и 7,47 км3/год для ВБ [2; 24; 36].

Режим снежного покрова зависит в первую очередь от широты и рельефа местности. Устойчивый снежный покров в равнинных районах обычно устанавливается в середине ноября или конце октября, однако в отдельные годы он может вовсе не наблюдаться. В этот же период формируется устойчивый снежный покров в низкогорных зонах Илейского Алатау на склонах северной экспозиции [37]. Таяние снежного покрова в равнинных районах начинается и обычно заканчивается в течение февраля — марта. В горах сход снега заканчивается в марте-апреле, а в высокогорных районах продолжается до июня-июля. Запасы воды в снежном покрове распределяются по территории весьма неравномерно. В средние по снежности годы запасы воды в снеге равнинных районов достигают 30, в малоснежные — 10 мм, максимальные запасы достигают 70-100 мм.

Ледостав на оз. Балкаш длится около четырех-пяти месяцев. Толщина льда на озере составляет в среднем 0,6-0,8 м [2; 3].

Приведем данные по облачности и ветру. Минимум общей и нижней облачности наблюдается в период с августа по сентябрь, когда средняя повторяемость ясного неба по общей облачности достигает 60 %. В период с ноября по апрель преобладает пасмурная погода, среднемесячная повторяемость общей облачности от 8 до 10 баллов колеблется в пределах от 41 до 58 % с максимумом в декабре.

Туманы в районе оз. Балкаш наблюдаются по всей акватории с колебаниями в отдельные годы от 29 в ВБ до 60 в ЗБ дней. Основное число дней с туманами наблюдается в холодное время года (ноябрь-март), а летом туманов, как правило, не бывает.

На территории оз. Балкаш в течение всего года преобладают ветры северовосточного и восточного направлений, его повторяемость в среднем за год колеблется в пределах от 25 до 45% общего числа случаев. Направление господствующих ветров, особенно в ЗБ совпадает с продольной осью озера. Следствием этого являются интенсивные сгонно-нагонные течения. Среднегодовая скорость ветра достигает довольно большой величины (4,8-4,9 м/с). Наиболее сильные ветры, имеющие характер бурь, дуют с юго-запада обычно в марте (15%), реже в январе со скоростью 25 — 30 м/с. Скорости ветра на северном побережье озера больше, чем на южном. Средние месячные скорости ветра в отдельные годы достигают 7-9 м/с, а максимальные — более 30 м/с. Летом в условиях антициклональной погоды в прибрежной полосе озера наблюдаются бризы [2; 38].

Конец ознакомительного фрагмента.

Оглавление

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Купить и скачать полную версию книги в форматах FB2, ePub, MOBI, TXT, HTML, RTF и других

Смотрите также

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я