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 км
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.
При резком снижении уровня воды в зону действия дрейфовых течений вступают более мелкие наносы, которые сформировались ранее у подошвы береговых форм. Вдольбереговые течения переносят эти наносы на большие расстояния, образуя удлиненные косы и гряды, отделяющие от основной части акватории большинство мелководных заливов, прибрежных озер, болотистых понижений. При второй фазе высыхания, береговое очертание озера обретает более округлую форму, в связи с чем площадь акватории озера и затраты воды на испарение значительно уменьшаются, а миграция солей в береговые отшнуровывающиеся заливы, наоборот, увеличивается. За счет выправления линии берегов и отшнурования излишних заливов озеро, тем не менее, стремится к самосохранению. При дальнейшем понижении уровня водоема в сферу действия ветровых течений вступают донные отложения, которые активно углубляют дно и в силу вступает третья фаза усыхания бессточного водоема – происходит самоуглубление мелководного водоема и его разделение на отдельные части. В результате в жизнь вступает блуждающее в собственных песчаных отложениях озеро, которое заполняется лишь в отдельные многоводные годы [40; 50].
Одним из недостатков водоема округлой формы является большая величина ветрового нагона – сгона из-за сильных ветров и пологих берегов. Образуется эффект смещения зеркала воды, ведущий к увеличению эффективной площади испарения и затраты воды на попеременное увлажнение берегов. Поэтому мелководное озеро на третьей фазе усыхания за счет механизма самоуглубления стремится создать более крутые берега из повторно просеянных частиц песка, сцементированных глинистым материалом и корнями тростника, то есть получается своеобразная «переупаковка» частиц грунта на берегах. При этом также возрастает отток солей в берега, которые после спада уровня высыхают и уносятся на значительные расстояния. Это достаточно большая расходная статья в солевом балансе бессточного водоема, который стремится остаться пресноводным.
Ретроспективный анализ морфометрических характеристик бессточных водоемов (Арал, Балкаш, Алаколь, Тениз и др.) показывает, что в конце 70-х годов они находились в первой фазе развития водоема. Их берега были сильно изрезанными с многочисленными заливами, с прибрежными озерами, низкими болотистыми берегами, где концентрировалась основная масса биоценоза этих водоемов. В настоящее время озера Балкаш, Тениз и Алаколь продолжают сохраняться во второй фазе усыхания.
Приведенные сведения о последовательных фазах усыхания аридных водоемов имеют важное практическое значение. В каждой фазе аридный водоем имеет определенный запас жизненных сил: его морфометрические характеристики, благодаря описанным выше механизмам самосохранения, приведены в соответствии со сложившимся водно-солевым балансом и с оставшимися видами гидробиоценоза. Зная этот баланс, можно продлить период существования водоема в данной фазе или перевести в другую более высокую фазу жизнедеятельности.
На уровне правительства РК принято решение сохранить оз. Балкаш во второй фазе усыхания, в пределах отметок его уровня 340,5 м и 341,5 м [52]. Нижняя отметка соответствует вековому минимуму, который имел место в 1883 г. Если снизить уровень озера ниже этого минимума, то может полностью высохнуть дельта р. Иле и западная, более обжитая часть озера. Если поднять уровень озера выше предлагаемого максимума, то вновь зальются водой отчленившиеся заливы и прибрежные озера, которые за последние 20 – 25 лет превратились в достаточно глубокие котловины выдувания. Следовательно, на заполнение этих котловин будут израсходованы значительные водные ресурсы, которые в регионе ограничены. Поэтому предложено не поднимать уровень озера выше отметки 341,5 м, а в многоводные годы излишки воды собирать в Капшагайском водохранилище.
Для обоснования проектного задания и рабочих чертежей ЭГРЭС-1 НОТЭП были проведены изыскательские работы в течение 1963-1978 гг. по гидрологии озер Жанкельды, Шандаксор и другим источникам: испарение с водной поверхности, уровни воды озер, сток воды по логам, водный и солевой балансы оз. Жанкельды в период промывки грунтов ложа от солей и др.) [53]. Дальнейшие многолетние гидрологические исследования были продолжены отделом гидрологии КазНИИЭ под руководством А.П. Браславского, А.В. Безызвестных и В.А. Корж. Для водохозяйственных расчетов по водохранилищу-охладителю ЭГРЭС-1, согласно материалам изысканий НОТЭП, приняты следующие исходные данные:
1) в средний по водности год: а) осадки на водную поверхность – 231 мм, в том числе за: IV-X месяцы – 180 мм; XI- III – 51 мм; б) годовой сток с площади водосбора – 0,9 . 10