Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим

Абсолютное значение амплитуды колебания уровня (344,70 – 340,45=4,25) превышает 4,0 м.
Если проследить за ежемесячной динамикой уровня воды озера за 1998 – 2002 гг., то вырисовывается следующая картина (таблица 1.3). В 2002 г. уровень воды в оз. Балкаш по сравнению с 1998 г. поднялся на 80 см, что составляет около 20 см в год. Если в 1893 – 1908 гг. темп роста уровня воды составлял более 23 см в год, в 1953 – 1961 гг. – около 22 см, то нынешний темп не отстает, несмотря на водопотребление и водоотведение.
Таблица 1.2 – Изменение основных гидрологических характеристик озера Балкаш за отдельные периоды [19]
Таблица 1.3 – Изменение уровня воды оз. Балкаш за 1998 – 2002гг. (в см над «0» графика, 340 м абс.) [18]
В январе 2002 г. уровень воды равен 341,8 м, а в мае и июне достиг отметки 342,0 м. Такой уровень воды последний раз отмечался в 1975 г., т.е. в пятом году от начала спада. В 2004 г. уровень воды увеличился на 0,8 м и составил 342,6 м. Общий фон векового хода уровня оз. Балкаш определяется фазами подъема и спада внутривековых циклов [44]. Уровень воды оз. Балкаш определяется суммой его годовых приращений за ряд предшествующих лет, т.е. климатическими условиями предшествующего многолетнего периода.
Среднегодовые значения уровня за 1878-1931 гг. были приближенно восстановлены и уточнены А.Н. Жиркевичем и В.В. Голубцовым [45]. Тенденция изменения поверхностного притока и видимого испарения противоположно направлены, при этом коэффициент корреляции за 1937-1969 годы равен 0,59.
Интегрирование запасов воды в озере значительно увеличивает размах внутривековых колебаний уровня по сравнению с малыми тенденциями в изменении общего фона отдельных элементов водного баланса [24].
Авторы [46] считают, что потери стока в дельте р. Иле оказывают существенное влияние на водный баланс и колебания уровня озера. Так, за 59 лет (с 1911 по 1969 гг.) с поверхности дельты испарилось около 200 км3 воды, поэтому уровень озера снизился за эти годы на 133 см.
Следует учесть и тот факт, что динамика дельты р. Иле влияет на величину притока воды в озеро и колебания уровня. Так, с 1911 по 1946 гг. уровень озера снизился на 173 см за счет климатических факторов, а именно вследствие изменения разности между притоком воды и испарением с поверхности озера и осредненными потерями в дельте. В связи с наполнением Капшагайского водохранилища в 1970 г. оз. Балкаш недополучило в среднем 2,7 км3/год воды. Это значит, что из общей величины снижения уровня, 2,28 м, на долю данного водохранилища приходится 1,10 м. В 1937-1983 гг. норма испарения с ЗБ составила 997, для ВБ – 1015 мм/год [47].
Для бессточных озер Центральной Азии вообще, а для оз. Балкаш в частности, большое значение имеют ветровые течения, т.к. они вызывают петлеобразное перемещение частиц воды, которое обычно затухает на глубине. Такое перемещение приближается к нулю на глубине, равной половине длины волны. В результате такого действия ветровых волн в поверхностном слое образуется дрейфовое течение воды, образующее сгоны и нагоны. В глубинных слоях водоема образуется компенсационное противотечение, направленное против ветра. В достаточно глубоких водоемах их скорости пренебрежимо малы, но в мелководных водоемах становятся соизмеримыми с дрейфовыми течениями и играют весомую роль в процессах перемешивания водных масс.
На акватории оз. Балкаш практически ежедневно дуют ветры со скоростью 5 м/с, а наибольшие скорости достигают 7-8 м/с [48]. Такие ветры способствуют образованию волн высотой почти 1,0 м и длиной около 15 м (для внутренних водоемов крутизна ветровых волн, т.е. отношение их высоты к длине, составляет 1:15). Толщина активного слоя для такой волны составит 7,5 м, что значительно больше средней глубины большинства плесов этого озера. Такое же явление наблюдается и на других озерах рассматриваемой аридной зоны, причем здесь почти ежегодно бывают штормы со скоростью ветра 25-35 м/с, которые вызывают волны высотой до 3,0 м и длиной до 50 м.
А- план озера; Б- продольный разрез озера по З-В.
Рисунок 1.4 – Морфологические характеристики оз. Балкаш (по Ж. Достаю, [18])
Например, в оз. Чаны сильные течения в протоках и умеренные в открытых плесах бывают или чисто дрейфовыми, или градиентными, являющимися следствием вторичного проявления влекущего действия ветра. При продолжительном действии таких течений происходит отток воды из одного плеса в другой и интенсивный водообмен между соседними плесами, как это имеет место и в оз. Чаны [49].
По мнению профессора А.А. Турсунова «в случае мелководных водоемов аридной зоны, образуются своеобразные компенсационные ветровые течения, соизмеримые по скорости с дрейфовыми, которые занимают глубоководные части акватории, но направлены против ветра. Чем сильнее ветер, тем мощнее и больше по площади зона компенсационных течений. Дрейфовые и компенсационные течения образуют замкнутые вихревые образования (ринги), в центре которых создаются застойные зоны, где интенсивно происходит осаждение наиболее крупных наносов. Остатков растений и различных видов зообентоса. При устойчивых по направлению ветрах и сильных штормах на месте этих застойных зон могут образоваться осерёдки, острова и подводные мели (например, Досайская коса на оз. Балкаш)» [50].
Достаточно полные исследования ветровых течений на оз. Балкаш были проведены И.М. Мальковским на основании расчетов на двумерной математической модели и крупномасштабной физической модели озера [51]. Так, установлено, что ветровые течения локализованы по наиболее крупным плесам озера. Дрейфовые течения достигают почти во все участки изрезанного берега, создавая активное перемешивание вод большого числа заливов с водами плесов. Компенсационные же течения, направлены против ветра и находятся в середине относительно глубоких частей, обеспечивая водообмен между отдельными плесами озера и увеличивая разрушение дна глубоководных частей. Исследования синоптической ситуации за структурой поля ветровых течений показало, что уже к концу первых суток в Западном Балкаше доминировали поступательные движения воды по оси озера совместно с береговыми дрейфовыми течениями (скорость до 0,21 м/с) и центральным компенсационным течением (скорость до 0,09 м/с). Оказалось, что максимум скорости течения в самом узком месте озера, проливе Сары-Есик наступает через 15 часов и составляет 0,38 м/с. Третий гидрохимический район характеризуется четко выраженной антициклонической циркуляцией, диаметр которой составляет 2/3 ширины озера. В V и VIII гидрохимических районах, относящихся к Восточному Балкашу, выделяются крупномасштабные вихревые течения на фоне общих дрейфовых. Измерения показали, что взаимный обмен водными массами происходит между I и II, II и III, III и IV, VII и VIII гидрохимическими районами, а односторонний переток воды происходит из VI в VII, из V в VI и из IV в V районы озера. Такое явление как нагон отмечается в I, IV, VI и VIII районах озера.
Ветровые течения в оз. Балкаш обычно действуют совместно со стоковыми, плотностными и другими видами течений. Так, по данным [40] ветровые течения в районе острова Тасарал зафиксированы при очень слабых ветрах, возникающих, как правило, после продолжительных штилей. На такие условия приходится порядка 5-15% продолжительности безледоставного периода. Скорости поверхностных течений при этом составляют 1-3% скорости ветра на высоте 10 м над водной поверхностью. Наибольшие измеренные скорости суммарных течений в прибрежных зонах ЗБ достигают 0,55, а в удаленных от берегов участках еще больше, 1,0 м/с.
Сильные ветровые течения оказывают большое влияние на перемещение наносов в водоеме и взаимодействие мелководного водоема с их пологими берегами. Они не только поднимают донные отложения, илы со дна водоема, но и деформируют земляные берега, подвергают разрушению волнами (абразии) высокие скалистые берега, размывают пологие песчано-гравийные берега. Вдольбереговые дрейфовые течения переносят взмученные наносы и продукты разрушения скал в форме донных гряд. В связи с тем, что направления и скорости дрейфовых течений изменчивы, то меняется как ориентация, так и высота этих донных гряд: одни гряды накладываются на ранее отложившиеся гряды и т.п. В береговой зоне мелководного водоема происходит скопление наносов и развивается процесс флотации, приводящий к образованию характерных кос, береговых валов, подводных мелей и других формирований из крупных, промытых ветровыми течениями наносов. Более мелкие фракции (песок, пыль и ил) попадают в глубоководные части водоема с последующим их участием в компенсационных течениях и гидрохимических процессах. В период высокого стояния уровня воды озера в силу вступают не только крупные наносы притоков, но и продукты абразии берегов, и ранее сформировавшиеся береговые дюны. При усыхании и снижении уровня воды озера эти образования выступают из воды. На них оказывают влияние ветер и растительность. Со временем отмечается рост в высоту и в сторону воды, что приводит в конечном итоге к сокращению площади водоема. Например, на Аральском море известен мыс «Тигровый хвост» и Аттепинский архипелаг, а на оз. Балкаш – полуострова Сары-Есик и Кентюбек, острова Ультаракты и Коржун, а также знаменитая Досайская коса. Они в середине 60-х годов только начинали выступать из воды, вступая в первую фазу своего высыхания.