Оценка водных ресурсов и экологического состояния реки самур

УДК 556.16.556.535
Ф. А. ИМАНОВ*, М. Я. АСАДОВ**
*Бакинский государственный университет, Азербайджан
**ОАО Мелиорации и водного хозяйства Азербайджана, г. Баку
ОЦЕНКА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕКИ САМУР
(ВОСТОЧНЫЙ КАВКАЗ)
Рассматривается характер многолетних изменений водных ресурсов трансграничной р. Самур. Установлено, что
в течение последних четырех десятилетий наблюдается уменьшение водности реки. Результаты анализа экологических
попусков свидетельствуют об их достаточности для поддержания экосистемы устьевой области реки в приемлемом
состоянии.
Ключевые слова: трансграничная река, расход воды, антропогенные изменения, многолетние колебания стока,
ледниковый сток, фильтрационные потери.
© 2011 Иманов Ф. А. ([email protected]), Асадов М. Я. ([email protected])
156
The character of long-term changes in water resources of the transboundary Samur river is considered. It is found that there
has been taking place a decrease in the river water flow rate over the course of the last four decades. Results from analyzing
the ecological drawdowns indicate that they would suffice to maintain the ecosystem of the river near its mouth in an acceptable
state.
Keywords: transboundary river, water flow rate, anthropogenic changes, long-term runoff fluctuations, glacial runoff,
filtration losses.
Республика Азербайджан относится к числу стран с ограниченными водными ресурсами. К тому
же почти 70 % ее водных ресурсов (всего 30,9 км3) приходится на долю трансграничных рек, к числу
которых относится р. Самур. Воды этой реки представляют собой один из основных источников водоснабжения городов Баку и Сумгаит. Река Самур является пограничной между Российской Федерацией и Республикой Азербайджан. Она впадает в Каспийское море, ее длина составляет 213 км,
площадь водосбора 3900 км2. В 1957 г. на реке был сооружен Самурский гидроузел, из которого берут
начало два канала. Воды Самур-Апшеронского канала используются для орошения и водоснабжения
в Азербайджане, а по Самур-Дербентскому каналу вода подается в южные районы Дагестана. СамурАпшеронский представляет собой самый длинный (182 км) магистральный канал Азербайджана [1].
7 октября 1967 г. между РСФСР и Азербайджаном был подписан Протокол о совместном использовании и охране водных ресурсов р. Самур [2]. Согласно этому протоколу, водные ресурсы реки
75 %-ной обеспеченности (1749,0 млн м3) распределялись следующим образом: Азербайджан ежегодно мог забирать 889,1 млн м3, а РСФСР (Дагестан) — 300,0 млн м3 воды. Азербайджанская сторона
ежегодно использовала свою долю почти в полном объеме. В Дагестане до 1998 г. водозаборы не
превышали 100 млн м3, но начиная с указанного года, они составляют более 200 млн м3 в год.
В настоящее время готовится проект нового двухстороннего соглашения о сотрудничестве в области рационального использования и охраны водных ресурсов р. Самур. Очевидно, что гидрологическую основу соглашения должны составлять новые данные о водных ресурсах реки. С учетом
анализа динамики водных ресурсов и их использования может быть пересмотрена величина экологических попусков ниже гидроузла.
На основе данных по годовым и среднемесячным расходам воды в замыкающем створе (пункт
Усухчай) р. Самур выполнен анализ многолетних колебаний и оценены изменения стока. Анализ
разностной интегральной кривой (РИК) годового стока реки показывает, что отчетливо выделяются
две фазы различной водности: многоводная (1955–1968 гг.) и маловодная (1969–2000 гг.) (рис. 1).
График, построенный по данным стока каждого месяца в отдельности, также содержит вышеуказанные многоводные и маловодные фазы. На рис. 2 показан линейный тренд среднегодовых расходов
воды за многолетний период. Из рисунка следует, что он отрицательный, т. е. происходит уменьшение годового стока в многолетнем разрезе. К тому же выявленный тренд статистически значим при
α = 5 %.
В 1980-е гг. Ф. А. Иманов, анализируя данные о минимальных расходах воды р. Самур в створе
Усухчай, выявил, что за 1969–1980 гг. по сравнению с 1950–1968 гг. произошло уменьшение минимального летне-осеннего стока на 6,80 м3/с, или 18 % [3]. В указанной работе для оценки антропо-
Рис. 1. Разностная интегральная кривая годового
стока р. Самур в створе Усухчай.
Рис. 2. Линейный тренд годового стока р. Самур
в створе Усухчай.
157
Рис. 3. График связи между среднегодовыми расходами воды р. Самур в створе Усухчай и суммой
притока в зону формирования стока в 1950–
1968 гг. (1 ) и 1969–2006 гг. (2 ).
генного изменения стока использовалась зависимость минимального летне-осеннего стока реки
в створе Усухчай от суммы минимального стока
вышерасположенного створа Самур-Ахты и двух
притоков — р. Ахтычай (пункт Ахты) и р. Усухчай (пункт Усухчай).
Аналогичная зависимость построена и для годового стока, но с привлечением данных за последние годы (рис. 3). При этом очевидно, что за второй из рассмотренных периодов (1969–2006 гг.) годовой сток р. Самур в створе Усухчай, как и минимальный сток, меньше, чем сумма притоков в зоне
формирования стока.
В табл. 1 приведены результаты оценки изменения годового и месячного стоков р. Самур в створе Усухчай. Из нее также следует, что за второй рассмотренный период (1969–2006 гг.), по сравнению
с первым (1950–1968 гг.), произошло уменьшение как годового, так и месячного стока. Годовой сток
уменьшился на 21,8 % (16,5 м3/с). Максимальное уменьшение месячного стока имеет место в июле,
августе и сентябре.
На фоне глобального потепления, в ходе которого на Кавказе, включая бассейн р. Самур, происходит интенсивное таяние ледников, подобный характер изменения водного режима реки не согласуется с результатами исследований в различных регионах мира [4, 5]. Поэтому аналогичные
расчеты выполнены и для р. Кусарчай (пункт Кузун), условия формирования стока которой схожи с
р. Самур (табл. 2). Результаты исследования показали, что за 1969–2006 гг. в холодный период (ноябрь–апрель) сток р. Кусарчай увеличился, а в теплый (май–октябрь), наоборот, уменьшился. Это
хорошо согласуется с характером изменения водного режима рек во многих регионах мира в условиях потепления. Следует отметить, что в бассейне р. Самур площадь ледников составляет 8,4 км2
(29 ледников), а в бассейне р. Кусарчай — 2,9 км2 (9 ледников). Нижняя граница ледников в этих
бассейнах проходит на высотах 3280 и 3760 м соответственно. В настоящее время эта граница в бассейне р. Самур, по сравнению с 1895 г., поднялась на 220 м [6].
По данным 2000 г. доля ледниковых вод в формировании годового стока рек Самур и Кусарчай
составляет 2,9 % (0,019 км3) и 0,9 % (0,004 км3) соответственно. Величина ледникового стока, образовавшегося в результате потепления климата, одинакова для обеих рек — 0,001 км3 [7]. Это означает, что в условиях потепления ледниковый сток р. Кусарчай увеличился на 25,0 %, а р. Самур всего
на 5,3 %.
Таким образом, данные исследования указывают на различие в характере изменения внутригодового распределения расходов воды рек Самур и Кусарчай (см. табл. 1 и 2). Наиболее вероятная
причина снижения водности р. Самур — уменьшение количества атмосферных осадков в бассейне.
Следует отметить, что ранее путем гидрометрической съемки изучены изменения стока реки по ее
длине. Установлено, что фильтрация речных вод происходит не только в дельте, но и выше гидроузла. Фильтрационные потери речного стока зависят от расхода воды и выше гидроузла составляют
2,6 % на километр длины. К числу возможных причин уменьшения стока могут быть отнесены также
неучтенные водозаборы выше замыкающего створа и неточный учет стока в гидрометрических пунктах бассейна реки.
За весь период гидрометрических наблюдений средний годовой расход воды реки составляет
65,8 м3/с, а объем водных ресурсов — 2,07 км3. В табл. 3 приведены обеспеченные значения годового
стока и водных ресурсов р. Самур в пункте Усухчай. Согласно протоколу от 1967 г. [2], ежегодный
объем экологического попуска ниже Самурского гидроузла должен составлять 559,9 млн м3. Это количество воды было предназначено для поддержания рыбохозяйственного значения реки и сохранения
ее как элемента природного ландшафта.
По литературным источникам [8], для оценки экологического стока рек существует более двухсот
методов. Этот обзор не включает работы, выполненные в бывшем СССР и в странах СНГ [3, 9]. Наличие такого огромного количества методов говорит о субъективности подходов и их слабой научной
основе. В табл. 4 приведены годовые и месячные значения экологических попусков в створе Самурского гидроузла, рассчитанные разными методами [10, 11]. По всем методам расчета значение годового экологического стока оказалось меньше величины, согласованной в 1967 г. К тому же воды,
158
Таблица 1
Оценка изменений среднемесячных и годовых расходов воды р. Самур
в пункте Усухчай
Месяцы
Расход воды
Год
Qср, м3/с
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
24,1
23,0
26,0
59,4
134,5
184,1
162,6
96,6
76,3
59,3
40,9
31,1
75,8
20,3
18,6
21,8
48,4
106,5
154,7
122,8
70,2
56,0
47,7
35,2
23,9
59,3
(1950–1968 гг.)
Qср, м3/с
(1969–2006 гг.)
ΔQ, м3/с
–3,78 –4,36 –4,23 –11,0 –28,0 –29,4 –39,8 –26,4 –20,3 –11,6
ΔQ, %
–15,8 –19,1 –16,2 –18,5 –20,8 –16,0 –24,5 –27,3 –26,6 –19,6 –13,9 –23,2 –21,8
–5,7
–7,20 –16,5
Таблица 2
Оценка современных изменений среднемесячных и годовых расходов воды р. Кусарчай
в пункте Кузун
Месяцы
Расход воды
Год
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
1,51
1,38
1,53
3,10
6,94
11,5
12,9
7,85
4,67
3,25
2,21
1,74
4,88
1,72
1,79
2,17
3,53
6,07
8,90
9,51
5,93
4,24
3,18
2,38
1,85
4,28
ΔQ, м3/с
0,21
0,41
0,64
0,43
–0,87 –2,60 –3,39 –1,92 –0,43 –0,07
0,17
0,11
–0,60
ΔQ, %
13,9
29,7
41,8
13,8
–12,5 –22,5 –26,7 –24,4 –9,20 –2,15
7,69
6,32
–12,2
Qср, м3/с
(1950–1968 гг.)
Qср, м3/с
(1969–2006 гг.)
Таблица 3
Обеспеченные значения годового стока и водных ресурсов р. Самур в пункте Усухчай
Обеспеченность, %
Расход воды, м3/с
Объем стока, млн м3
1
2
5
10
25
50
75
90
95
99
118,5
110,0
98,0
88,5
74,5
62,5
54,0
48,0
46,0
44,1
3732,7
3465,0
3087,0
2787,7
2346,7
1968,7
1701,0
1512,0
1449,0
1389,1
Таблица 4
Значения экологических попусков в створе Самурского гидроузла, рассчитанные
разными способами, млн м3
Месяцы
Методы
Год
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Метод, используемый
в Швейцарии
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55
9,55 114,60
Метод Q 95 %
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
10,5
126,0
По схеме Самур
(1983 г.)
10,7
10,7
10,7
21,4
53,5
53,5
37,5
37,5
21,4
10,7
10,7
10,7
289,0
Метод Теннанта
7,83
7,83
7,83
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
7,83
7,83
7,83 520,00
Метод НИИ водных
проблем Азербайджана 10,71
9,68
10,71 21,43 53,57 153,5 37,50 37,50 21,43 10,76 10,37 10,71 388,00
159
фильтрующиеся выше гидроузла, в нижнем течении подпитывают рукава реки. Одновременно в дельту
Самура поступает значительный сток путем разгрузки Хазарского и Хвалынского водоносных комплексов [12]. По данным К. В. Цыценко и А. Л. Шалыгина [13] приток в Каспийское море по р. Самур
составляет 1,7 км3.
Новое двухстороннее соглашение по использованию и охране водных ресурсов р. Самур, помимо
Международных конвенций, должно базироваться на современных данных о водном режиме реки.
Поэтому целесообразно организовать совместные комплексные исследования р. Самур с учетом влияния факторов хозяйственной деятельности в бассейне. При этом необходимо уточнить и величину
экологических попусков ниже Самурского гидроузла.
Величина экологического попуска ниже Самурского гидроузла, равная 559,9 млн м3 и согласованная в 1967 г., является вполне достаточной для поддержания экосистемы устьевой области реки.
Учитывая тот факт, что за 1969–2006 гг. годовой сток реки уменьшился на 21,8 %, при надлежащем
обосновании величину экологических попусков можно снизить.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Рустамов С. Г., Кашкай Р. М. Водные ресурсы Азербайджанской ССР. — Баку: Элм, 1989. — 184 с.
Ахметзаде А. Дж. Гейдар Алиев и водное хозяйство Азербайджана. — Баку: Азернешр, 2002. — 216 с.
Иманов Ф. А. Минимальный сток рек Кавказа. — Баку: Нафта-пресс, 2000. — 298 с.
Водные ресурсы России и их использование / Под ред. И. А. Шикломанова. — СПб: Изд-во Гос. гидрол.
ин-та, 2008. — 600 с.
World Water Resources of the Beginning of the 21st Century / Eds. I. A. Shiklomanov, J. Rodda. — Cambridge:
Univer. Press, 2003. — 436 p.
Лурье П. М., Панов В. Д. Современное оледенение Большого Кавказа и его эволюция в ХХ столетии //
Доклады VI Всерос. гидрол. съезда. — М.: Росгидромет, 2006. — С. 267–271.
Лурье П. М. Гидрологическая роль гляциально-нивальной зоны Большого Кавказа // Доклады VI Всерос.
гидрол. съезда. — М.: Росгидромет, 2006. — С. 263–266.
Tharme R. E. A qlobal perspective on environmental flow assessment: emerging trends in the development application of environment flow metedologies for rivers // Rivers research and applications. — 2003. — Vol. 19. —
P. 397–441.
Владимиров А. М., Иманов Ф. А. Принципы оценки экологического стока рек // Вопросы экологии и гидрологические расчеты. — СПб: Изд-во Рос. гидромет. ин-та, 1994. — Вып. 116. — С. 4–7.
Ozdemir A. D., Karaca O., Erkus M. K. Low flow calculation to maintain ecological balance in streams // River
basin management: International Congress. — Antalya, Turkey, 2007. — Vol. 1. — P. 402–412.
Tennat D. L. Instream flow regimes for fish, wildlife, recreation and related environmental resources. — Brillings,
Montana: US Fish and Wildlife, 1976. — 30 p.
Гидрогеология и инженерная геология. Т. 8: Геология Азербайджана. — Баку: Нафта-пресс, 2008. — 380 с.
Цыценко К. В., Шалыгин А. Л. Исследования потерь в низовьях рек // Доклады VI Всерос. гидрол. съезда. — М.: Росгидромет, 2006. — С. 253–257.
Поступила в редакцию 26 марта 2010 г.
160