Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 210-221

Спутниковые оценки процессов заиливания Шардаринского водохранилища в период 1999–2021 гг. (река Сырдарья, Казахстан)

Н.Н. Абаев 1, 2 , Г.Н. Сагатдинова 1 , Ю.А. Маглинец 3 , А.Г. Терехов 1 
1 Институт информационных и вычислительных технологий, Алматы, Казахстан
2 РГП «Казгидромет», Алматы, Казахстан
3 Институт космических и информационных технологий СФУ, Красноярск, Россия
Одобрена к печати: 24.08.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-210-221
Шардаринское вдхр. (Казахстан) с объёмом 5,2 км3, построенное в 1967 г. на р. Сырдарье в бассейне Аральского моря, является последним в цепи Нарын-Сырдарьинского каскада ГЭС. Нижняя, равнинная, часть речного бассейна р. Сырдарьи сложена лёссовидными супесями и суглинками. Это приводит к размыванию русла реки и формированию стока взвешенных и донных наносов, которые попадают в ложе Шардаринского вдхр. Водохранилище работает в ирригационном режиме и почти ежегодно срабатывается ниже горизонта мёртвого объёма. При этом осушается значительная часть дна резервуара и появляется возможность спутниковой диагностики долговременных изменений его рельефа, связанных с процессами заиливания. Снимки Landsat-5 TM, Landsat-7, ETM и Landsat-8 OLI двух периодов: 1999–2002 гг. (13 сцен) и 2020–2021 гг. (21 сцена) — использовались для мониторинга распространения водного зеркала водохранилища при различных уровнях воды. На базе этой информации были созданы 3D-модели рельефа дна по состоянию на 1999–2002 и 2020–2021 гг. Водное зеркало распознавалось с помощью нормализованного разностного водного индекса NDWI (англ. Normalized Difference Water Index). Информация по уровням воды бралась из данных гидрологического поста «вдхр. Шардаринское – г. Шардара» РГП «Казгидромет» в день пролёта спутника. Изменения в распространении водного зеркала водохранилища на различных высотах, произошедшие за 20 лет, позволили оценить активность процессов заиливания дна резервуара. В результате проведённых исследований были зарегистрированы разнонаправленные тенденции. Изменения водного режима водохранилища, и в частности строительство в 2011 г. ирригационного машинного канала с водозабором в верхней, юго-восточной, части водохранилища, привело к размыву части речных отложений в этой зоне. В целом степень заиливания периодически осушаемой части дна Шардаринского вдхр. за последние 20 лет оказалась незначительной, всего (+4,4 см), что соответствует скорости накопления речных наносов в 1,3±0,5 млн м3 в год. По всей видимости, этому положению способствует техническая возможность и регулярная практика срабатывания водохранилища ниже горизонта мёртвого объёма, а также строительство машинного канала, откачивающего воду и взвеси из верхней части резервуара.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, заиливание водохранилищ, Landsat, урез воды, речные отложения
Полный текст

Список литературы:

  1. Мухамеджанов И. Д., Константинова А. М., Лупян Е. А., Умирзаков Г. У. Оценка возможностей спутникового мониторинга динамики речного стока на примере анализа состояния реки Амударьи // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 1. С. 87–103. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-1-87-103.
  2. Терехов А. Г., Пак А. А. Спутниковый прогноз влияния пополнения Капшагайского водохранилища (КНР) на водность трансграничной р. Иле в 2019 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 4. С. 298–302. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-4-298-302.
  3. Терехов А. Г., Пак И. Т., Долгих С. А. Данные Landsat-5, -7, -8 и ЦМР в задаче мониторинга гидрологического режима Капчагайского водохранилища на реке Текес (китайская часть бассейна реки Иле) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 6. С. 174–182.
  4. Терехов А. Г., Абаев Н. Н., Лагутин Е. И. Спутниковый мониторинг Сардобинского водохранилища в бассейне реки Сырдарьи (Узбекистан) до и после прорыва дамбы 1 мая 2020 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 255–260. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-255-260.
  5. Annandale G. W. Reservoir sedimentation. N. Y.: Elsevier Science Publ., 1987. 220 p.
  6. Arifjanov A. M., Apakhujaeva T. A., Húska D. Sediment movement mode in rivers of Uzbekistan — environmental aspects // Acta Horticulturae et Regiotecturae. 2018. V. 21. No. 1. P. 10–12. DOI: 10.2478/ahr-2018-0003.
  7. Borland W. M., Miller C. R. Distribution of sediment in large reservoirs // Trans. American Society of Civil Engineers. 1960. V. 125. No. 1. P. 166–180.
  8. Cieśla M., Gruca-Rokosz R., Bartoszek L. The Connection between a Suspended Sediments and Reservoir Siltation: Empirical Analysis in the Maziarnia Reservoir, Poland // Resources. 2020. V. 9. Iss. 3. Art. No. 30. DOI: 10.3390/resources9030030.
  9. Dadoria D., Tiwari H. L., Jaiswal R. K. Assessment of reservoir sedimentation in Chhattisgarh State using remote sensing and GIS // Intern. J. Civil Engineering and Technology. 2017. V. 8. Iss. 4. P. 526–534.
  10. Fan J., Morris G. L. (1992a) Reservoir sedimentation I: Delta and density current deposits // J. Hydraulic Engineering. 1992. V. 118. P. 354–369.
  11. Fan J., Morris G. L. (1992b) Reservoir sedimentation II: Reservoir Desiltation and long-term storage capacity // J. Hydraulic Engineering. 1992. V. 118. P. 370–384.
  12. Foteh R., Garg V., Nikam B. R., Khadatare M. Y., Aggarwal S. P., Kumar A. S. Reservoir Sedimentation Assessment Through Remote Sensing and Hydrological Modelling // J. Indian Society of Remote Sensing. 2018. V. 46. P. 1893–1905. DOI: 10.1007/s12524-018-0843-6.
  13. Goel M., Jain S. K. Evaluation of reservoir sedimentation using multi-temporal IRS-1A LISS II data // J. Asian-Pacific Remote Sensing and GIS. 1996. V. 8. No. 2. P. 39–43.
  14. Kobayashi S., Koshiba T., Sumi T. Current and future study topics on reservoir sediment management by bypass tunnels // J. Disaster Research. 2018. V. 13. No. 4. P. 668–676. DOI: 10.20965/jdr.2018.p0668.
  15. Lee C., Foster G. Assessing the potential of reservoir outflow management to reduce sedimentation using continuous turbidity monitoring and reservoir modelling: Continuous turbidity to assess reservoir sedimentation // Hydrological Process. 2013. V. 27. Iss. 10. P. 1426–1439. DOI: 10.1002/hyp.9284.
  16. Mama C., Okafor F. Siltation in reservoirs // Nigerian J. Technology. 2011. V. 30. No. 1. P. 85–90.
  17. McFeeters S. K. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features // Intern. J. Remote Sensing. 1996. V. 17. Iss. 7. P. 1425–1432. DOI: 10.1080/0143116908948714.
  18. Morris G. L. Classification of Management Alternatives to Combat Reservoir Sedimentation // Water. 2020. V. 12. Iss. 3. Art. No. 861. DOI: 10.3390/w12030861.
  19. Onda C., Sumi T., Asahi T. Planning and analysis of sedimentation countermeasures in hydropower dams considering properties of reservoir sedimentation // J. Disaster Research. 2018. V. 13. No. 4. P. 702–708. DOI: 10.20965/jdr.2018.p0702.
  20. Podger G. M., Mobin-ud-Din A., Yingying Yu., Joel P. S., Syed M. M. A. S., Zarif I. Kh. Development of the Indus River System Model to Evaluate Reservoir Sedimentation Impacts on Water Security in Pakistan // Water. 2021. V. 13. Iss. 7. Art. No. 895. DOI: 10.3390/w13070895.
  21. Santhoshi P., Kunar S. Assessment of Sedimentation in Maithon Reservoir using Remote Sensing and GIS // Indian J. Ecology. 2021. V. 48. Iss. 4. P. 1001–1004.
  22. Sorg A., Mosello B., Shalpykova G., Allan A., Clarvis M. H., Stoffel M. Coping with changing water resources: The case of the Syr Darya river basin in Central Asia // Environmental Science and Policy. 2014. V. 43. P. 68–77. DOI: 10.1016/j.envsci.2013.11.003.
  23. Tamene L., Park S. J., Dikau R., Vlek P. L. G. Reservoir siltation in the semi-arid highlands of northern Ethiopia: sediment yield-catchment area relationship and a semi-quantitative approach for predicting sediment yield. Earth Surface Processes and Landforms // J. British Geomorphological Research Group. 2006. V. 31. Iss. 11. P. 1364–1383. DOI: 10.1002/esp.1338.
  24. Terekhov A., Makarenko N., Pak A., Abayev N. Using the Digital Elevation Model (DEM) and coastlines for satellite monitoring of small reservoir filling // Cogent Engineering. 2020. V. 7. Iss. 1. DOI: 10.1080/23311916.2020.1853305.
  25. Terêncio D. P. S., Cortes R. M. V., Pacheco F. A. L., Moura J. P., Fernandes L. F. S. A Method for Estimating the Risk of Dam Reservoir Silting in Fire-Prone Watersheds: A Study in Douro River, Portugal // Water. 2020. V. 12. Iss. 11. Art. No. 2959. DOI: 10.3390/w12112959.
  26. Vishwakarma Y., Tiwari H. L., Jaiswal R. K. Assessment of Reservoir Sedimentation Using Remote Sensing Technique with GIS Model-A Review // Intern. J. Engineering and Management Research. 2015. V. 5. Iss. 3. P. 411–417.
  27. Yang X., Wang N., Chen A., He J., Hua T., Qie Y. Changes in area and water volume of the Aral Sea in the arid Central Asia over the period of 1960–2018 and their causes // Catena. 2020. V. 191. Art. No. 104566. DOI: 10.1016/j.catena.2020.104566.