ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 1, с. 100-107
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ, ^^^^^^^^ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.182
СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ОРОШАЕМОМ АРЫСЬ-ТУРКЕСТАНСКОМ МАССИВЕ
В ЮЖНОМ КАЗАХСТАНЕ © 2015 г. С. Д. Магай, Ф. Ф. Вышпольский
Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства 080003 Республика Казахстан, Тараз, ул. К. Койгельды, 12 E-mail: iwre@bk.ru Поступила в редакцию 15.01.2013 г.
Показано, что интенсивное развитие орошаемого земледелия в условиях дефицита водных ресурсов возможно при дифференцированном управлении и совместном (интегрированном) использовании поверхностных и подземных вод.
Ключевые слова: поверхностные воды, уровень грунтовых вод, подземные воды, фильтрационные потери, дренаж, управление, субирригация, возвратные воды.
Б01: 10.7868/80321059614060145
Арысь-Туркестанский массив орошения расположен на предгорной наклонно-волнистой равнине, которая на северо-востоке примыкает к подножью гор Каратау, а на юго-западе сливается с Присырдарьинской низменностью. В центральной части равнины находится Чушкакульская впадина, дно которой покрыто такырами, солончаками и многочисленными озерами. Переход от равнины к впадине пологий. Орошаемый массив имеет уклоны с северо-востока к Сырдарье 0.001-0.003, с востока на запад ~0.0005.
Основные водные источники на Арысь-Турке-станском массиве — реки Арысь и Бугунь. Сред-немноголетний сток этих рек ~1000 млн м3. Максимальный сток формируется в марте, апреле и соответствует времени таяния снега, выпадению максимального количества осадков в течение гидрологического года. Значительная часть данного стока аккумулируется в Бугуньском водохранилище емкостью 370 млн м3 и на полях орошения при проведении влагозарядковых поливов. Аккумуляция паводковых вод непосредственно на полях орошения, где минерализация воды в водоносных горизонтах в основном не превышает 2.0 г/л, перспективна, так как обеспечивает получение дружных всходов возделываемых культур и увеличивает эксплуатационные запасы подземных вод, которые можно использовать на субирригацию в начальные фазы развития сельскохозяйственных культур.
В пределах орошаемого массива на мелиоративное состояние орошаемой территории оказывают
влияние грунтовые воды, заключенные в современных аллювиальных четвертичных и аллювиаль-но-пролювиальных верхнечетвертичных отложениях. Воды указанных горизонтов по типу солевого состава — гидрокарбонатно-кальциевые и гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-магние-вые. Формируются они в основном за счет инфильтрации поверхностных вод и атмосферных осадков, а также притока подземных вод из нижележащих водоносных горизонтов плиоцен-нижнечетвертичных и среднечетвертичных аллювиальных отложений. Разгрузка происходит в долине р. Сырдарьи — естественной дрены для всех водоносных горизонтов юго-западных равнин в предгорьях Каратау. Амплитуда колебания уровня грунтовых вод в многолетнем разрезе составляет 1.0—3.0 м.
Уровень грунтовых вод (УГВ) вскрывается на глубине 1—5 м. Мощность водоносного горизонта покровных отложений составляет 20—35 м и гидравлически связана с другими водоносными горизонтами четвертичных отложений. В пределах междуречья Бугунь—Чаян воды преимущественно слабо- и среднеминерализованные с содержанием солей до 5 г/л, в отдельных понижениях с близким залеганием УГВ или вблизи соленых озер минерализация повышается до 15 г/л. По химическому составу воды — гидрокарбонатно-маг-ниевые и сульфатно-хлоридно-натриевые.
Следует отметить, что до освоения Арысь-Тур-кестанского массива грунтовые воды залегали на значительной глубине. Относительно близким
залеганием (0.5—3.0 м) отличалась территория, прилегающая к Чушкакульской впадине, в других местах УГВ находился на глубине 3—10 м и более. В естественных условиях режим грунтовых вод зависел в основном от их подземного оттока, ин-фильтрационного питания, атмосферных осадков, испарения с поверхности почвы и эвапо-транспирации растительностью.
После ввода в эксплуатацию Арысь-Турке-станского канала (1961 г.) гидрогеологические условия значительно изменились вследствие увеличения приходной части водного баланса за счет фильтрации потерь и в результате — резкого подъема УГВ. Подъемы и спады УГВ стали соответствовать графикам поливов и промывок, но в целом на массиве формировался один максимум УГВ в весенний период и один минимум в осенний — с годовой амплитудой колебания 1—3 м.
Под влиянием избыточного увлажнения и резкого подъема УГВ площадь гидроморфных почв увеличилась, а автоморфных — сократилась. Площадь засоленных земель удвоилась и к 1967 г. составила 42.3 тыс. га (обследовано 110 тыс. га). После строительства дренажной системы и проведения мелиоративных мероприятий площадь засоленных земель сократилась в несколько раз и к середине 1990-х гг. не превышала 10 тыс. га.
В предгорной части равнины, где имеется хороший подземный отток грунтовых вод, почвы и грунты зоны аэрации не засолены, а грунтовые воды пресные. По направлению от хребта Кара-Тау к долине р. Сырдарьи условия подземного оттока ухудшаются, происходит увеличение запасов солей как в зоне аэрации, так и в грунтовых водах.
Особенность профильного распределения солей в лессовой толще всей предгорной равнины — высокое содержание солей (до 2%) в зоне аэрации при незначительном засолении водоносной толщи (<0.3% по плотному остатку при перерасчете минерализации грунтовых вод на процентное содержание солей в почвогрунтах). Следовательно, в данных условиях эффекивность мелиоративных мероприятий определяется увеличением скорости движения подземных вод в гравийно-галеч-никовых отложениях. Это достигается откачкой подземных вод вертикальным дренажем и их повторным использованием на орошение.
Формирование подземных вод
Опыт эксплуатации оросительных систем Казахстана показывает, что при лимитированном водозаборе продуктивность орошаемого земледелия зависит от технического уровня гидромелиоративных систем, который определяет степень рационального использования оросительной воды при возделывании сельскохозяйственных культур. Вместе с тем известно, что водообеспеченность орошаемых земель зависит от динамики речного
стока в многолетнем разрезе и по сезонам года, особенно в зоне Арысь-Туркестанского канала, где малые реки не зарегулированы. Магазиниро-вание поверхностных вод на орошаемых территориях перспективно, так как оно позволяет в период массовых всходов и дефицита оросительной воды использовать эти воды для орошения сельскохозяйственных культур [8]. Эффективность этого мероприятия повышается при внедрении ресурсосберегающей технологии орошения, предусматривающей своевременное проведение техно -логических операций (полив и обработка почв, внесение удобрений, работы дренажных систем и т.д.) с учетом мелиоративной и агрометеорологической обстановки. Для разработки мероприятий по повышению эффективности использования водных ресурсов (поверхностных и подземных вод) необходимо определить неизбежные объемы расхода оросительных вод, установить контроль за солевым режимом почв и размеры технологических потерь.
Потери воды на фильтрацию из магистрального канала
Существенное влияние на формирование подземных вод в пределах орошаемой территории оказывают фильтрационные потери из ТМК. Общая длина этого канала — 140 км, на протяжении 27.3 км он облицован монолитным и сборно-монолитным железобетоном. Большая по длине часть ложа канала (112.7 км) — на суглинистых, супесчаных, глинистых или супесчано-гравий-ных грунтах. В районах, где ложе канала — на су-песчано-гравийных грунтах, происходит естественная кольматация, что снижает потери воды на фильтрацию.
За 25 лет эксплуатации ТМК проектная ширина канала по урезу воды превышена на 3—5 м. Максимальные отклонения (5—20%) отмечались на участках, где ложе канала проходит в супесча-но-гравийных отложениях. В районах, где канал проходит в суглинистых грунтах, разница между расчетными значениями и натурными данными не превышали 3%. На основе натурных исследований установлены потери воды на фильтрацию, которые меняются по длине канала и зависят от расхода воды, фильтрационных свойств грунтов русла канала, гидравлических параметров канала (ширина по урезу воды, скорость потока, глубина воды, степень зарастания и др.). Результаты замеров расходов воды и их потерь по отдельным участкам и в целом по каналу приведены в табл. 1 и на рисунке.
Из приведенных в табл. 1 данных следует, что потери на фильтрацию определяются фильтрационными свойствами грунтов, слагающих ложе канала, техническим состоянием облицованных участков канала и величинами расходов.
Таблица 1. Потери воды на фильтрацию в магистральном канале
Пикеты Длина участка, км Расход, м3/с Потери, м3/с Удельные потери, л/с на км КПД Состояние русла
8-490 48.2 50.49 2.74 56.8 0.95 Земляное
490-890 40.0 25.30 2.26 56.5 0.91 »
890-908 1.8 12.30 0.23 127.8 0.98 »
908-1001 9.3 11.25 0.28 30.1 0.98 Железобетонное монолитное
1001-1220 21.9 9.84 1.26 57.5 0.87 Земляное
1220-1400 18.0 3.09 0.32 17.8 0.90 Железобетонное монолитное
8-1400 139.2 50.49 7.09 50.9 0.86
Потери воды на фильтрацию во внутрихозяйственной оросительной сети
В пределах ТМК расположено большое число водовыделов (~130). Некоторые хозяйства имеют более 10 точек водовыделов. Поэтому всю оросительную сеть (кроме ТМК) можно считать внутрихозяйственной.
Величина потерь воды на фильтрацию из каналов зависит от расходов воды, протяженности каналов, фильтрационных свойств слагающих русло грунтов, технического состояния оросительной сети (зарастания, уровня разрушения облицовки) и режима работы. Влияние расходов воды на фильтрационные потери в земляных каналах характеризуется удельными потерями. Например, при расходе 60 л/с удельные потери составляли 4.5 л/с на один км длины, а при расходе 260 л/с они возрастали до 12 л/с на 1 км, т.е. увеличение расхода в 4.3 раза приводило к росту потерь лишь в 2.7 раза. Режим работы земляных каналов также оказывает влияние на размеры фильтрационных потерь. Согласно балансовым замерам (при равенстве расходов), фильтр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.