Спутниковый мониторинг образования дополнительных емкостей воды в бассейнах рек Ертис и Или на территории Китайской Народной Республики

Ресурсы поверхностных вод Казахстана оцениваются для среднего по водности года в 100,9 млрд.м3, из которых 56,5 млрд.м3 формируются на территории страны, остальные 44,4 млрд.м3 поступают из сопредельных стран: КНР, Республики Узбекистан, Кыргызстана и Российской Федерации. Водные ресурсы, их использование и пополнение в Казахстане являются зависимыми не только от наблюдаемых климатических изменений, но и от хозяйственной деятельности, как на собственной территории, так и в сопредельных государствах.
Как правило, у граничащих государств возникают проблемы, связанные с защитой своей части бассейна, например, из-за чрезмерного потребления воды другой страной или из-за ухудшения экологии по вине соседнего государства. Эта проблема является весьма актуальной для Казахстана: все крупные реки, протекающие по территории республики, являются трансграничными.
КНР ведет интенсивное освоение Западного Китая, где осуществлено строительство двух крупных каналов, по которым часть воды из верховьев Ертиса (Иртыш) будет перебрасываться на предприятия Карамайского нефтяного бассейна. На реке Ертис построено множество крупных и мелких водозаборов, подающих воду на орошаемые массивы и населенные пункты.
В связи с высокими темпами строительства и ввода в эксплуатацию новых водохранилищ в КНР, освоением новых территорий для массивов орошения, строительством новой ирригационной сети, а также ограниченностью доступной информации, рекомендуется проводить водохозяйственный мониторинг сопредельных территорий, в том числе космический, для оценки поступающих в Казахстан водных ресурсов по трансграничным рекам.
Детектирование новых водоемов выполняется по рекам Черный Ертис и Или и их притоков, протекающих по территории Синьцзян-Уйгурского автономного региона (СУАР) Китая.
Для получения более подробной информации о каждом новом водохранилище, выявления их особенностей привлекались современные и исторические спутниковые снимки. Подобная схема определения новых водных объектов является достаточно эффективной:
- регулярная и доступная спутниковая информация среднего разрешения позволяет детектировать новый водный объект, определить его координаты, время возникновения и ввода в эксплуатацию, проследить многолетние изменения;
- основные особенности обнаруженных объектов определяются по спутниковым данным более высокого разрешения (находящимся в свободном доступе, например, Google Earth, или полученными в результате заказа космосъемки).
При решении задач детектирования и многолетнего оценочного мониторинга водных объектов на сопредельных территориях можно использовать данные среднего разрешения спутника LANDSAT, достоинствами которых являются наличие имеющегося многолетнего ряда архивных снимков, опубликованных в свободном доступе.
Для определения технических особенностей ГТС на водохранилищах необходимы спутниковые данные более высокого разрешения. Например, снимки спутника KazEOSat-2 (разрешение 23 м) могут быть использованы для оценки общих параметров ГТС.
Оптимальным сезоном съемки для создания мозаичного покрытия выбран период май-сентябрь. Проведена оцифровка водных объектов на территории мониторинга за период 2000-2018 гг. по данным LANDSAT. Данные ДЗЗ могут служить для оценки размеров площади водного зеркала русловых водохранилищ, глубин и объемов водоемов. Источниками погрешностей являются:
- невозможность точного определения свободной границы руслового водохранилища из-за непостоянства уровня воды в водоемах;
- определение средней глубины водоема без построения 3D-модели (что является отдельной задачей и невозможно в рамках отдельного проекта из-за большого числа детектированных водных объектов).
Детектированы водоемы 2-х типов – 1) водохранилища, как правило, с гидротехническими сооружениями для выработки электроэнергии и 2) водоемы хозяйственного использования (хвостохранилища, рыбопитомники, отстойники воды с орошаемых полей).
За период 2000-2018 гг. по данным спутниковой съемки детектировано:
на реке Или 37 водных объектов, из них 9 водохранилищ с площадью зеркала более 1 кв.км, 3 – менее 1 кв.км; 10 водоемов с площадью зеркала более 1 кв.км, 15 – менее 1 кв.км;
на реке Черный Ертис 65 водных объектов, из них 14 водохранилищ с площадью зеркала более 1 кв.км, 13 – менее 1 кв.км; 27 водоемов с площадью зеркала более 1 кв.км, 11 – менее 1 кв.км.
Водоемы сельхозназначения являются постоянно действующими, изменение площади зеркала является межсезонным с незначительным трендом на увеличение.
Все детектированные водохранилища относятся к русловым, построены в руслах рек и горных ущельях: нижняя граница определена створом плотины, верхняя – свободная. Водохранилища образуются в руслах рек и их поймах, размеры водохранилищ меняются по мере наполнения. Скальные склоны ущелий являются естественными бортами и берегами водохранилищ.
В бассейне реки Или на территории КНР отмечается большое количество крупных водохранилищ с площадью водного зеркала более 1 кв.км, менее 1 км2 – значительно меньше. Это связано с тем, что притоки р. Или на данной территории являются многоводными и позволяют строить крупные водохранилища.
В бассейне реки Черный Ертис отмечается большое количество водохранилищ малой емкости с площадью водного зеркала менее 1 км2, крупных – существенно меньше. Это связано с рельефом региона. Притоки р. Черный Ертис на территории СУАР относятся к малым и средним, что обусловливает строительство водохранилищ малой емкости. При этом такие водохранилища часто создаются в каскаде, что значительно повышает их экономическую эффективность и сокращает срок окупаемости.
Следует отметить высокие темпы строительства водохранилищ на этих реках: практически ежегодно вводятся в эксплуатацию 2-3 водохранилища. Анализ данных многолетнего космического мониторинга показывает: на реке Или и ее притоках интенсивное строительство и эксплуатация водохранилищ начались с 2005 года; на реке Черный Ертис – с 2010 года. В 2018 году на реке Черный Ертис детектированы 3 новых водных объекта с площадью зеркала менее 1 км2, на реке Или новые объекты не выявлены.
Работа выполнена в рамках программы 010 «Обеспечение сохранности, развития и расширения использования космической инфраструктуры» подпрограмме 102 «Услуги по предоставлению космических снимков государственным органам и организациям, получаемые от космической системы дистанционного зондирования земли Республики Казахстан (для решения отраслевых задач)» 2018 года.