Введение
Наполнение и функционирование Капчагайского водохранилища на реке Или в юго-восточном Казахстане (рис.1) на протяжении 50 лет существенно повлияло на ландшафты побережья, в частности, на мелиоративное состояние почвенного покрова (засоление и подтопление почв, активный соле-обмен почв с водными массами водохранилища, использование почв для орошения и др.), на динамику растительного покрова побережья как кормовой базы для животноводства, на условия рекреации населения, на развитие местной фауны и флоры региона. А регулирование стока реки Или этим водохранилищем значительно изменило ландшафты дельты, вызвав там, особенно в первое десятилетие, деградацию растительности, иссушение и засоление почв, обеднение фауны.
Рис.1. Капчагайское водохранилище на реке Или (спутник Terra)
Наполнение и функционирование Капчагайского водохранилища на реке Или в юго-восточном Казахстане (рис.1) на протяжении 50 лет существенно повлияло на ландшафты побережья, в частности, на мелиоративное состояние почвенного покрова (засоление и подтопление почв, активный соле-обмен почв с водными массами водохранилища, использование почв для орошения и др.), на динамику растительного покрова побережья как кормовой базы для животноводства, на условия рекреации населения, на развитие местной фауны и флоры региона. А регулирование стока реки Или этим водохранилищем значительно изменило ландшафты дельты, вызвав там, особенно в первое десятилетие, деградацию растительности, иссушение и засоление почв, обеднение фауны.
1. Формирование ландшафтов в верховье водохранилища
Совершенно уникальные ландшафтные комплексы формируются в верхней части водоема по типу новой дельты реки Или в Капчагайском водохранилище площадью более 20 тыс. га. Ежегодное накопление около 11 млн.т. речных наносов, а также продуктов абразии берегов и органических осадков приводит к образованию островов с гидроморфными ландшафтами. Увеличиваясь и объединяясь между собой, подвергаясь переформированию водным потоком, зарастая растительностью, они стали создавать сушу, которую мы назвали “Капчагайской дельтой”. То есть, здесь происходят гидролого-морфологические процессы, ведущие к образованию дельтоподобного объекта (рис.2), который мы (с долей условности) типизировали как “новую (внутреннюю) дельту” реки (как и во многих крупных водохранилищах мира.
Рис.2. Формирование «Капчагайской дельты» на реке Или в верховье водохранилища.
Совершенно уникальные ландшафтные комплексы формируются в верхней части водоема по типу новой дельты реки Или в Капчагайском водохранилище площадью более 20 тыс. га. Ежегодное накопление около 11 млн.т. речных наносов, а также продуктов абразии берегов и органических осадков приводит к образованию островов с гидроморфными ландшафтами. Увеличиваясь и объединяясь между собой, подвергаясь переформированию водным потоком, зарастая растительностью, они стали создавать сушу, которую мы назвали “Капчагайской дельтой”. То есть, здесь происходят гидролого-морфологические процессы, ведущие к образованию дельтоподобного объекта (рис.2), который мы (с долей условности) типизировали как “новую (внутреннюю) дельту” реки (как и во многих крупных водохранилищах мира.
Этот процесс протекает неравномерно и зависит от изменчивости водного и твердого стока реки, колебаний уровня водохранилища и других факторов. Средние темпы увеличения площади Капчагайской дельты составляют более 200 га/год, но в многоводные годы они могут превышать 500 га/год.
В соответствии с закономерностями лито-морфо-генеза и почвообразования в дельтах здесь постепенно формируется ячеистый рельеф. В верхней части Капчагайской дельты образуются острова аллювиальных отложений, зарастающие гидрофильной и гигрофильной растительностью. А с постепенным поднятием поверхности дельты и увеличением подпора потоку воды здесь усиливаются процессы горизонтальной миграции основного русла реки Или и образование протоков (преимущественно с южной стороны), разрушающих ранее не затоплявшиеся относительно высокие поверхности.
В средней части дельты преобладают обширные озерно-болотные ландшафтные комплексы, в которых межрусловые понижения ограничены медленно формирующимися прирусловыми валами вдоль основного протока (у северного края дельты) и более мелких протоков по всей ширине этой территории. Озера представляют (на наш взгляд) несомненный интерес с точки зрения рыборазведения и промысла.
В нижней (западной) части Капчагайской дельты водный сток сосредоточен в двух крупных руслах (рис.2) и ряде мелких протоков, а все пространство от северного до южного берега занято лугово-болотными и болотными комплексами с преимущественно тростниковой и рогозовой растительностью, а также небольшими озерами. Ячеистый рельеф, характерный для типичных дельт, здесь еще слабо развит. Четко выделяется область формирования новых аллювиальных отложений в районе авандельты, еще не заросших растительностью (рис.3). Размер этой области и ее состояние зависит от ежегодного притока речных наносов и колебаний уровня водохранилища.
Особого внимания заслуживают процессы подтопления и засоления почв на периферии Чиликского конуса выноса, то есть на контакте с Капчагайской дельтой. Они происходят вследствие постепенного повышения местности из-за аккумуляции минеральных и органических осадков в этой дельте и, соответственно, усиления подпора потоку грунтовых вод в конусе выноса, направленному от гор к реке.
Рис.3. Отложение новых аллювиальных наносов на периферии Капчагайской дельты (июль 2020 г.).
Степень гидроморфности почв здесь усиливается, ранее распространенные лугово-сероземные засоленные почвы трансформируются в солончаки и луговые солончаковые почвы, а в понижениях рельефа образуются преимущественно лугово-болотные и болотные засоленные почвы (рис.4). В растительном покрове полугидроморфных засоленных почв распространена галогидрофитная группировка, включающая ажрек и разнообразные однолетние солянки (сведа, климакоптера, камфоросма и др.). Растительность гидроморфных почв понижений рельефа (тростник и др.) все же является кормовой базой для местного животноводства.
Рис.4. Засоленные почвы периферии Чиликского конуса выноса на контакте с новообразующейся дельтой.
Важное значение приобретает также формирование новых гидроморфных ландшафтных комплексов (преимущественно озер, водно-болотных угодий, лугов) вследствие подпора в долине реки Или выше Капчагайского водохранилища (от бывшего курорта Аяккалкан до устья реки Чарын), а также сброса воды с Чарынского оросительного массива по руслу Каракалдек-Сарышаган, имеющих значение как кормовая база для животноводства, объекты рыболовства и рыборазведения, природоохранные объекты (рис.5).
Рис.5. Ландшафтные комплексы на реке Или выше Капчагайского водохранилища (снимок Ландсат-8).
2. Районирование побережья водохранилища
По характеру почвенного покрова и растительности южное побережье водохранилища схематически подразделяется на 4 района (рис.6). Первый район – это побережье на восток от высокого мыса с местным названием «Утюги» до новой («Капчагайской») дельты. Это низкая заболоченная и засоленная местность шириной до 2-3 км, увлажняемая подтоплением водохранилищем, а также поверхностным стоком небольших русел западной периферии Чиликского конуса выноса. Она занята преимущественно лугово-болотными и луговыми засоленными почвами в комплексе с солончаками, в растительности преобладают тростник, ажрек, солянки. Используется в местном животноводстве как кормовые угодья.
Второй район – обширная довольно плоская равнина протяженностью около 50 км от мыса «Утюги» на востоке до поселка Акжал на западе, расчлененная лишь долинами рек Жарсу и особенно – Тургень. Непосредственно на побережье выделяется полоса шириной до 500 м с луговыми корковыми солончаками, подвергающимися периодическому затоплению водохранилищем при его наполнении и последующей «сработки». Растительность здесь исключительно солянковая (солерос, сведа). Лишь в небольших мелководных заливах встречаются участки угнетенного тростника. Содержание растворимых солей в почвах 1-2% и более, тип засоления сульфатно-хлоридный и хлоридный натриевый.
Далее полосу шириной 2-2,5 км занимают луговые пухлые солончаки, испытывающие подтопление водохранилищем. За последние 30-40 лет эта полоса существенно не изменилась, о чем свидетельствуют космические снимки Ландсат-8 и Сентинел-2 (несмотря на «апокалиптические» прогнозы некоторых исследователей). На поверхности этих почв есть пухлый слой солей 2-3 см, их количество в верхнем горизонте 2-4% и более. Тип засоления хлоридно-сульфатный натриевый с участием соды. Запасы солей в слое почвы 0-2 м достигают 600-700 т/га. Растительность здесь исключительно солянковая.
Южнее (вплоть до «сазовой» полосы на контакте подгорной и предгорной полосы) обширное пространство занимают солончаки обыкновенные. Растительность здесь сильно изреженная, представлена солянками и кустами гребенщика. Содержание растворимых солей в профиле этих почв 1-3%, в составе солей часто отмечается присутствие соды. Запасы солей в слое 0-1 м – 200-300 т/га, а в слое 0-2 м – 500-600 т/га. Еще далее на юг эти солончаки сменяются лугово-сероземными и луговыми почвами, часто засоленными, так называемой «сазовой» полосы. Растительность целинных почв – это ажрековые луга, с усилением засоленности появляются чий, солодка, полынь, солянки. Выше по рельефу эти почвы обычно орошаются. По долинам рек, расчленяющих эту относительно плоскую слабонаклоненную равнину, формируются луговые, болотно-луговые и лугово-болотные почвы, распространенные от берега водоема до расстояния 3,5-4,5 км. Эти территории представляют собой кормовую базу местного животноводства, а также используются как охотничьи и природоохранные объекты.
В районе 3, занимающем полосу побережья длиной около 25 км в междуречье Иссык–Каскелен, непосредственно к урезу воды прилегает полоса луговых почв шириной до 1,0-1,5 км. Содержание солей в слое 0-1 м колеблется от 11-12 т/га в незасоленных почвах до 50-75 т/га в солончаковатых и солончаковых почвах. Часто эти почвы имеют также щелочную реакцию. Южнее на расстоянии до 4-5 км от берега преобладают лугово-сероземные почвы зоны вторичного погружения грунтовых вод, текущих со стороны гор. Эти грунтовые воды залегают на глубине 3-5 м, пресные и слабо минерализованные, имеющие удовлетворительный подземный отток. В растительном покрове преобладают чий, солодка, верблюжья колючка, мелкий тростник, полынь, мятлик, встречается кустарник чингиль. На засоленных лугово-сероземных почвах встречается галофитная полынно-камфоросмовая растительность. По хозяйственному использованию это в основном пастбища, в южной части района есть орошаемые пахотные почвы.
На северо-запад от устья реки Каскелен распространен небольшой район 4 с фильтрационными озерами (вследствие подтопления водохранилищем) и песчаными островами. Значительного хозяйственного значения этот район не имеет. На северном побережье Капчагайского водохранилища выделяют светлые сероземы (суглинистые и супесчаные) на запад от гор Шолак до Чингельдинского массива орошения включительно, а также серо-бурые почвы (часто каменистые) – восточнее гор Шолак. В самой западной части северного побережья (в современной зоне отдыха) распространены бугристые пески.
Рис.6. Схематическое районирование побережья водохранилища
Подтопление Капчагайским водохранилищем почв северного побережья незначительное из-за особенностей рельефа (покатая равнина). Здесь важно исследовать ирригационную эрозию и поступление сбросных вод с орошаемых полей вместе с агрохимиками в водохранилище.
3. Процессы солеобмена на побережье водохранилища
Очень актуальным представляется исследование процессов солеобмена между почвами и грунтовыми водами – с одной стороны, и водными массами водохранилища – с другой. Изученные впервые еще в 70-80-е годы [1, 2], эти процессы существенно влияют на гидрохимический режим водоема и грунтовых вод побережья, а также на засоленность почв, подтопляемых и периодически затопляемых водохранилищем ежегодно в периоды его циклического наполнения и «сработки».
В восточной и центральной части побережья (междуречье Каскелен – Иссык), как уже отмечалось, преобладают засоленные почвы с содержанием солей до 200-300 т/га в слое 0-1 м и до 500-600 т/га в слое 0-2 м и хлоридно-сульфатным ионным составом с участием соды. При подтоплении этих почв водохранилищем, то есть при подъеме грунтовых вод выше 2 м, на поверхности почв формируется мощный пухлый солевой горизонт, а в почвах дополнительно накапливается около 150-200 т/га солей с увеличением содержания хлоридов натрия. При сезонном затоплении этих почв поверхностными водами (на стадии наполнения водоема) они опреснялись обычно до глубины 0,5 м, а ниже по профилю выщелачивание солей было лишь частичное. Суммарно за период сезонного затопления выщелачивание солей из слоя 0-100 см составило, по нашим данным, около 260 т/га. Таким образом, выщелачивание солей при затоплении 1 га побережья, ранее не подвергавшегося затоплениям, составляет около 260 т/га из слоя почвы 1 м. После понижения уровня водохранилища на обнажившейся поверхности при высокой минерализации грунтовых вод исключительно быстро (до 170 т/га в слое 1 м) происходит реставрация засоления почв. Следовательно, при циклическом (ежегодном) затоплении этой части побережья из почв выщелачивается и поступает в поверхностные воды от 170 до 260 т/га.
Почвы западной части побережья (междуречье Иссык – Каскелен) за пределами зоны влияния водохранилища большей частью не засолены или слабо засолены, содержание солей в слое почвы 1 м составляет около 25 т/га. При подтоплении почв водохранилищем прирост содержания солей в этом слое составляет около 60-64 т/га, то есть к очередному циклу затопления почвы «обогащаются» солями на эту величину. А в составе солей значительно увеличивается количество токсичной для растительности соды. При затоплении почв эти соли вымываются поверхностными водами и служат источником повышения их минерализации и ухудшения ионного состава. Таким образом, при циклическом ежегодном затоплении данной территории в поверхностные воды поступает около 64 т/га солей с каждого гектара затопляемой почвы.
Участие грунтовых вод в питании Капчагайского водохранилища в условиях Илийской межгорной впадины не вызывает сомнения. Но ко времени наполнения водохранилища вопросы динамики минерализации грунтовых вод при подтоплении и затоплении побережья, а также их роль в солеобмене с почвогрунтами и поверхностными водами не были достаточно исследованы. Поэтому на двух створах (в междуречье Чилик – Жарсу и Иссык – Каскелен) были проведены исследования минерализации грунтовых вод не только в зонах периодического затопления и подтопления водохранилищем, но и на самой мелководной (до 2 м) акватории водоема. В междуречье Чилик – Жарсу грунтовые воды сильно минерализованные (30-100 г/л) хлоридные и сульфатно-хлоридные натриевые. В скважинах 8 и 11 при наполнении водохранилища уровень грунтовых вод поднимался с глубины около 2 м до 0,1-0,2 м, а их минерализация сохранялась на уровне 77-88 г/л. На стадии «сработки» уровня водохранилища грунтовые воды опускались вновь глубже 1 м, но их минерализация оставалась прежней. Следовательно, при наполнении водохранилища интенсивной фильтрации пресных вод в берега на этом участке не происходит, а опреснения грунтовых вод не наблюдается. Этот же результат подтвердился и при затоплении побережья слоем воды 2-3 м на протяжении 5 лет. В специально оборудованной скважине Р-11 минерализация грунтовой воды сохранялась на уровне 52-57 г/л. В междуречье Иссык – Каскелен распространены гидрокарбонатно-сульфатные магниево-натриевые грунтовые воды щелочного типа. В зоне периодического затопления водохранилищем их исходная минерализация составляет 4- 6 г/л, при затоплении поверхности она уменьшается до 2-3 г/л, но с усилением щелочности от нормальных карбонатов. После очередного снижения уровня водоема и выхода этой территории на дневную поверхность минерализация грунтовых вод повышается до 10 – 18 г/л, рН увеличивается до 9,0-9,5, на поверхности почвы накопляется сода. В целом в этом районе интенсивной фильтрации пресных водных масс водохранилища в берега также не обнаружено, а после периодического затопления территории в грунтовых водах активизируется содообразование.
Показатели влияния засоленности почв и минерализации грунтовых вод на содержание солей в воде водохранилища в годы его наполнения исследовались при максимальном уровне водоема и отсутствии ветрового перемешивания водных масс, а также в периоды повышения и сработки уровня. Пробы воды, отобранные на створе длиной 15 км от северного до южного побережья, показали, что минерализация воды у северного берега с незасоленными почвами была близкой к минерализации речной воды (0,274 г/л) в тот период. А к южному берегу с засоленными почвами и минерализованными грунтовыми водами содержание солей в воде водохранилища постепенно повышалось и у берега превышало минерализацию речной воды практически в 2 раза (рис.7). В тоже время минерализация воды в мелководных плесах иногда достигала 1,320-3,504 г/л за счет растворения солей затопляемых почв, но затем уменьшалась за счет перемешивания водных масс до 0,4-0,6 г/л.
Рис.7. Поперечный гидрохимический профиль водохранилища (г/л) и циклограммы ионного состава воды
Важно отметить, что при затоплении засоленных почв побережья происходит существенная трансформация ионного состава поверхностных вод по сравнению с затопленными почвами. Особенно это отмечается в западной части южного побережья, где обменные процессы приводят к образованию соды. Уникальные гидрохимические процессы происходят и в области затопления водохранилищем так называемых «соленых озер» которые образовались на подгорной равнине в междуречье Чилик – Жарсу в результате выклинивания минерализованных грунтовых вод. В этих озерах сформировались рассолы сульфатно-хлоридного натриевого состава с минерализацией до 120 г/л. В ходе затопления этой территории накопленные в озерах массы солей поступали в поверхностные воды водохранилища по мере усиления гидрологической связи с водоемом. Когда район озер стал заливом водохранилища, минерализация воды уменьшилась до 18-19 г/л, а затем при ветровом перемешивании она постепенно уменьшилась до 6-7 г/л. В течение последующих 3 лет с подъемом уровня водохранилища, «переработкой» берегов и усилением ветрового перемешивания водных масс минерализация воды постепенно уменьшилась до 1, 1 г/л. И лишь когда эта территория стала открытой водной поверхностью, минерализация воды уменьшилась до типичных для южного побережья значений 0,5-0,6 г/л. Следовательно, выщелачивание солей из засоленных почв затопляемого побережья и приток соленых грунтовых вод являются важными источниками увеличения минерализации воды этого водоема.
Для продолжения исследований динамики солей в почвах, грунтовых и поверхностных водах, с учетом накопленных нами результатов, рекомендуются 5 пунктов, показанных на рис. 8. Определенный интерес для изучения гидрохимии Капчагайского водохранилища представляет сток сбросных вод с Чингельдинского оросительного массива на северном побережье.
Рис.8. Рекомендуемые объекты для исследований: 1 – новые водно-болотные угодья выше водохранилища, 2 – Капчагайская дельта, 3, 5 – пункты изучения процессов засоления почв, 4 – Чингельдинский массив
Выводы
Создание крупного Капчагайского водохранилища в Илийской межгорной впадине для целей энергетики, ирригации, рекреации и рыбоводства обусловило существенные изменения природной среды на его побережье и в самом водоёме. Это прежде всего подтопление и засоление почв побережья; формирование новых водно-болотных угодий в самом водохранилище («Капчагайская дельта»), а также выше водоема; активизация солеобмена между почвами побережья и водными массами с увеличением минерализации воды водохранилища; подтопление части города Капчагай и др. Динамичность этих последствий создания водохранилища требует проведения многолетнего мониторинга и прогнозирования негативных экологических последствий, особенно подтопления и засоления южного побережья, с целью наиболее эффективного использования и охраны природных ресурсов. Чрезвычайно важно рассматривать Капчагайское водохранилище как стратегический водный ресурс этой части Казахстана с учетом увеличения потребления воды в китайской части речного бассейна, изменений климата, а также создания крупного Или-Балхашского природного заповедника. Для оптимального обводнения этого заповедника считаем целесообразным сооружение контррегулятора стока реки Или в ее нижнем течении.
Обсуждение