3. Климат и погодные условия

Бассейн реки Есиль расположен в северной и центральной части Казахстана. Большая часть поверхности бассейна занята Казахским мелкосопочником, распространенным на юге и центре территории. Северная часть территории занята Западно-Сибирской низменностью.

Характерной чертой климата рассматриваемой территории является его резкая континентальность с большими амплитудами колебания температур воздуха и незначительным количеством осадков.

Для характеристики климатических условий бассейна реки приняты средние многолетние данные наблюдений 5 метеорологических станций.

Среднегодовая температура воздуха территории колеблется от +1,9°С (м/ст. Есиль) до 0,5°С (м/ст. Петропавловск). Зима суровая и продолжительная, лето сравнительно жаркое, сухое, переходные сезоны года непродолжительные. Средняя температура самого теплого месяца (июля) колеблется от 18,8°С (м/ст. Петропавловск) до 20,7°С (м/ст. Есиль).

Наиболее холодный месяц - январь со средней температурой от -18,7°С (м/ст. Петропавловск) до -16,1 °С (м/ст. Кокшетау).

Переход среднесуточной температуры воздуха через 0°С в сторону положительной в среднем многолетнем разрезе происходит 9-12 апреля, осенью - 25 - 23 октября; продолжительность периода с положительными температурами - 198 - 193 дня (м/ст. Кокшетау, м/ст. Атбасар). Последний заморозок наблюдался 15-22 мая, первый - 17 - 15 сентября, средняя продолжительность безморозного периода - 115 - 124 дня (м/ст. Астана, м/ст. Атбасар). Экстремальные значения температуры воздуха достигают +42°С и -52°С (м/ст. Астана).

Наибольшие значения относительной влажности воздуха наблюдаются в ноябре - 83% (м/ст. Есиль), наименьших - в июне: 53% (м/ст. Астана). Дефицит насыщения воздуха всюду достигает наибольшей величины в летние месяцы (8,4-12,4 гПа в июле), наименьшей - в зимние месяцы (0,3-0,4 гПа в январе). Среднегодовые значения дефицита насыщения воздуха влагой изменяются от 3,6 гПа (м/ст. Петропавловск) до 5 гПа (п/ст. Есиль).

На распределение осадков по рассматриваемой территории большое влияние оказывает орография и высота местности. Разница в годовом количестве осадков по разным метеостанциям составляет 75 мм (м/ст. Петропавловск - 351 мм, м/ст. Есиль - 276 мм). В теплое время года выпадает до 60-75% годовой суммы осадков. Наибольшее количество осадков чаще всего наблюдается в июне-июле. Около 25-30% годовой суммы осадков приходится на холодный период. Зимние осадки являются основным источником питания рек бассейна. Осадки теплого периода, выпадающие главным образом в виде непродолжительных дождей малой интенсивности, расходуются на испарение и фильтрацию.

Устойчивый снежный покров наблюдается ежегодно. Устанавливается он в среднем в первой декаде ноября и держится до второй декады апреля, после чего за 10 дней сходит совсем. В отдельные годы этот процесс затягивается до конца мая. Наибольшей высоты снег достигает в конце февраля - начале марта.

В среднем за год преобладают ветры юго-западного и западного направления. Средняя годовая скорость ветра колеблется от 4,5 м/с по метеостанции Есиль и до 5,5 м/с по Петропавловску. Максимальная скорость ветра достигает 40 м/с (по м/ст. Кокчетав).

На рассматриваемой территории в теплое время года наблюдаются грозы до 35 дней за сезон. Число дней с метелью достигает 38 дней. Туманы преобладают в холодное время года, в среднем их бывает 35 дней в году.

В условиях засушливого климата на испарение с суши расходуется большая часть выпадающих осадков. Суммарное годовое испарение с суши, полученное приближенно как разность между суммой осадков и стока, изменяется на территории бассейна от 300 до 325 мм.

В теплое время суток величина испарения определяется, главным образом, весенними влагозапасами в почве и количеством атмосферных осадков. Поэтому около половины всего суммарного испарения приходится на апрель - июнь. В июле испарение не превышает величины осадков и только, начиная с августа-сентября, вследствие уменьшения притока солнечной радиации и прекращения вегетации растений, суммарное испарение уменьшается, а атмосферные осадки идут на накопление влаги в почве. За зимний период испаряется, в среднем, 20-30 мм.

Средняя многолетняя величина слоя видимого испарения с поверхности водохранилищ составляет 410-460 мм/год.

В связи с неравномерным залеганием снежного покрова промерзание почвы неравномерное. Низкие температуры воздуха являются причиной промерзания почвы. Глубина сезонного промерзания грунта под оголенной от снега поверхностью при отсутствии данных наблюдений определена на основе теплотехнических расчетов.

Расчеты выполнены в соответствии с требованиями СНиП: «Строительная климатология и геофизика» СНиП 2,01.01-82, СНиП 2.02.01-83 и «Строительная климатология» СНиП РК 2.04-01-2001. В результате выполненных расчетов глубина промерзания на рассматриваемой территории для суглинков и глин составила 139 - 150 см.

2.Водный потенциал и гидрометрическая характеристика бассейна

2.1 Река Есиль, как жизненно важная артерия для Казахстана

Река Есиль - жизненно важная артерия не только для Казахстана, но и для всего региона Евразии. Река Есиль относится к системе р. Обь. Река берет начало в горах Ниаз в Карагандинской области, протекает по территории РК, в Акмолинскую область она входит на 62-м км от истока и на протяжении 1027 км течет по ее территории, далее пересекает Северо-Казахстанскую, Тюменскую и часть Омской областей; в пределах последней она впадает в реку Иртыш, который, в свою очередь впадает в Северный Ледовитый океан.

Общая площадь бассейна составляет 147,0 тыс. га, из них сельскохозяйственные угодья 25688,0 тыс. га (пашня, пастбища и залежь), остальные 5959,0 га заняты лесами, болотами, озера и др. Водными объектами, выходами коренных пород, промышленными застройками и т.д. из них земли водного фонда соответственно 113 тыс. га. [12].

Исток на высоте 560 м над уровнем моря (50^о38^о с.ш., 73^о12^о в.д.), впадает в р. Иртыш слева (57^о42^о с.ш., 71^о12^о в.д.). Русло реки извилистое, ширина его от 40 до 200 м. Дно преимущественно песчаное. Глубины на перекатах 0,1-0,3 м, на плесах – до 8-10 м. Средняя ширина долины от 4 до 22 км. Пойма широкая с большим количеством озер. Длина реки 2450 км, это самый длинный в мире приток второго порядка. Площадь водосбора реки составляет 177 000 км². Падение реки от истока до устья составляет 513 м, средний уклон - 21 см/км. Формирование стока р.Есиль происходит в пределах Казахского мелкосопочника.

В современных условиях в бассейне р. Есиль эксплуатируется 3 крупных водохранилища: Вячеславское (полезный объем составляет 375,4 млн. м3), Сергеевское (полезный объем-635,0 млн. м3) и Петропавловское (полезный объем 16,1 млн.м3). Первые два осуществляют многолетнее регулирование стока, имеют комплексное назначение и используются для водоснабжения г. Астаны и сельских населенных пунктов через 3 групповых водопровода. Петропавловское водохранилище, имея небольшую емкость, способно осуществлять неполное сезонное регулирование стока [13].

Сток реки Есиль формируется почти исключительно за счет талых снеговых вод. Дождевые осадки в условиях жаркого лета и большой сухости почвогрунтов теряются на испарение и в стоке реки практического значения не имеют. Величина стока летней и зимней межени р.Есиль в пределах, как области, так и города, определяется в настоящее время только попусками из Вячеславского водохранилища.

Территория бассейна характеризуется резкой континентальностью и аридностью климата, разнообразием рельефа, почвообразующих пород, гидрогеологических условий.

Рельеф водосбора отличается разнообразием. В верховьях бассейна расположены горы Нияз, по правобережью – южные склоны Кокшетауской возвышенности, а на юго-западе – отроги гор Улутау. Однако вследствие сглаженности рельефа даже этих повышенных районов мелкосопочника в целом водосбор характеризуется относительной выравненностью. Средняя высота бассейна в пределах области составляет около 350 м, а до г. Астаны – 460 м. Ниже г. Астаны река выходит на равнину. Левобережье представляет здесь плоскую, ровную, слабо расчлененную степь, отличается относительно редкой сетью временных водотоков и логов и сравнительно большим количеством мелких степных озер с соленой и солоноватой водой. Правобережная часть бассейна вблизи реки носит равнинный характер, а с удаление от нее постепенно повышается и переходит в холмистые предгорья Кокчетавской возвышенности. Эта часть водосбора характеризуется значительной расчлененностью поверхности долинами рек и сухих логов, большой глубиной вреза речных долин и благодаря грунтовому питанию наличием в летнее время на большинстве водотоков постоянного стока.

Территория Акмолинской области является основным районом питания р. Есиль, так как за ее пределами (ниже впадения р. Иман-Бурлук) река, выходя на Западно-Сибирскую низменность, вплоть до самых низовьев не имеет притоков.

Значительная часть площади бассейна является недействующей (отсутствие поверхностного стока). Ниже г. Астаны доля недействующей площади увеличивается. Практически не действующей площадью являются не только выраженные бессточные котловины, но и некоторые частные водосборы, и участки природораздельных пространств.

Водосбор реки в пределах возвышенной части сложен твердыми коренными породами: кварцитами, песчаниками, сланцами и сильно разрушенными с поверхности гранитами. На равнине твердые коренные породы сверху прикрыты толщей рыхлых четвертичных и дочетвертичных отложений, представленных глинами, суглинками и супесями. Особенно большую мощность (несколько сот метров) эти отложения имеют в левобережной части водосбора ниже г. Астаны [12].

Почвенный покров бассейна весьма разнообразен. В верховьях, до г. Астаны, наиболее распространены темно-каштановые солонцеватые почвы и карбонатные черноземы. На участке широтного течения по правобережью преобладают обыкновенные среднегумусные черноземы, которые южнее сменяются выщелоченными малогумусными и карбонатными черноземами; в понижениях развиты солонцы и солончаки. В западной части бассейна распространены темно- и светло-каштановые солонцеватые почвы. Почвы левобережья суглинистые, темно- и светло-каштановые, солонцеватые, с пятнами солончаков.

Растительность правобережья преимущественно степная (разнотравно-ковыльные степи); в верховьях водосборов рек, стекающих с Кокшетауской возвышенности (реки Баксук, Аршалы, Джабай и т.д.), распространены разреженные березовые колки и небольшие массивы сосновых лесов. В пойме р. Есиль и ее правобережных притоков большое распространение имеют заросли кустарника. На равнине, расположенной к югу от железной дороги Карталы-Астана, лесные насаждения отсутствуют и преимущественно развиты ковыльно-типчаковый, а в верховьях р. Терс-Аккан кокпеково-чернополынные степи и полупустыни. Облесенность бассейна до г. Астаны составляет около 1,4 %, а до с. Каменный Карьер - 2,0 % всей площади водосбора. Такую же площадь (около 2 %) занимают кустарники.

В долинах отдельных притоков р. Есиль, в частности по р. Колутон, встречаются заболоченные участки. Общая площадь заболоченных земель не превышает 0,3-0,5 %. По левобережью болота встречаются крайне редко.

К особенностям формирования стока верховьев реки Есиль относится явление бифуркации – частичного стока вод р. Нуры в р. Есиль на участке сближения (до 24-28 км) их долин между г. Астаной и с. Воздвиженкой, осуществляющегося по притокам Саркрама, Козгош и Мухор.