ВАК 4 Сельскохозяйственные науки
УДК 631.6.02 Охрана почвенных и водных ресурсов. Борьба с эрозией
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 6 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. МАТЕМАТИКА
BISAC TEC TECHNOLOGY & ENGINEERING
Цель исследований – оценить и понять текущую динамику, связанную с управлением и использованием водных ресурсов реки Шари, чтобы предложить оптимальные стратегии устойчивого использования этого важнейшего ресурса. Одна из первых задач – провести комплексную диагностику водосбора реки Шари, проанализировав ее гидрологический режим, климатические характеристики и его экологическое функционирование. В то же время исследование направлено на изучение социально-экономических условий жизни прибрежного населения, чтобы лучше понять зависимость местных жителей от водных ресурсов, особенно для сельского хозяйства, орошения, рыболовства, бытового водоснабжения и коммерческой деятельности, проанализировать, как речная вода в настоящее время используется, управляется и регулируется. Это включает в себя изучение существующей инфраструктуры (плотины, ирригационные системы, насосные станции), способов ведения сельского хозяйства (орошение, выращивание сельскохозяйственных культур), а также домашнего и промышленного использования, изучить воздействие на окружающую среду интенсивного водопользования реки Шари, включая деградацию водных и прибрежных экосистем, снижение качества воды
водопользование, бассейн реки, управление водными ресурсами, водохозяйственный баланс, сельское хозяйство, оценка водных ресурсов
Чтобы выявить недостатки или ограничения в управлении водными ресурсами, такие как потери воды, отсутствие современной инфраструктуры или отсутствие координации между заинтересованными сторонами, важен анализ этих проблем, который очень важен для содействия комплексному и устойчивому управлению ресурсами в Чаде для бассейна реки Шари. Это включает изучение ролей и обязанностей различных местных, региональных и национальных властей, а также координацию действий с международными субъектами, учитывая, что река Шари протекает через несколько стран. Необходимо выявить сильные и слабые стороны, возможности и угрозы, связанные с управлением ресурсом. Основываясь на собранных данных в предыдущие периоды времени и сформулировать конкретные рекомендации по улучшению планирования, использования и сохранения водных ресурсов реки Шари. Это включает продвижение водосберегающих методов ведения сельского хозяйства, развитие соответствующей инфраструктуры, укрепление трансграничного сотрудничества, а также вовлечение местного населения в процессы принятия решений. Для достижения вышеуказанных целей применяются инструменты комплексного анализа, сочетающих гидрологические методы, географические информационные системы (ГИС), моделирование и подходы, основанные на широком участии, основанные на местных знаниях. Эти инструменты помогут лучше понять сложные взаимодействия между использованием человеком, окружающей средой и климатом. Статья также направлена на обогащение научной литературы по вопросам управления водными ресурсами в полузасушливых районах, особенно в странах Африки к югу от Сахары. Проблема реки Шари, которая является стратегическим ресурсом для всего региона озера Чад, может служить примером для других речных бассейнов, сталкивающихся с аналогичными проблемами. Река Шари, главный водоток, протекающий через Республику Чад, представляет собой жизненно важный водный ресурс для страны и ее населения. Он не только питает озеро Чад, но и поддерживает многие социально-экономические виды деятельности, такие как орошаемое земледелие, рыболовство, снабжение питьевой водой, а также развитие гидроэнергетики. Однако устойчивое управление и использование его вод сегодня сталкиваются с многочисленными проблемами, усугубляемыми быстрым ростом населения, изменением климата, деградацией водных экосистем, а также недостатками в политике и инфраструктуре.
Таким образом, анализ условий управления водными ресурсами в бассейне реки Шари является стратегической задачей для обеспечения баланса между человеческими, экономическими потребностями и сохранением окружающей среды. Эта статья посвящена комплексному изучению условий водопользования, рассматривая как гидрологические и экологические, так и социально-экономические и институциональные аспекты. Цель состоит в том, чтобы наметить пути улучшения для более эффективного, справедливого и устойчивого управления водными ресурсами в этом сложном контексте. Посредством этого исследования мы также стремимся внести свой вклад в научные знания и методы управления, адаптированные к конкретным реалиям бассейна реки Шари в Республике Чад [1-3].
Рис. 1. ГИС- карта бассейна реки Шари в Чад https://share.google/images/OdWWasDgsvBrvwiRG
Fig. 1. Map of the Chari River basin in Chad
Материалы и методы исследований. Первичные данные включают измерения стока реки Шари, данные о количестве осадков, данные о качестве воды, температуре и испарении для 30 лет. Эта информация собирается с национальных и региональных гидрометрических станций, а также с международных организаций, участвующих в управлении рекой Шари [1-4]. Статистические данные о населении прибрежных районов, экономической деятельности (сельское хозяйство, рыболовство, промышленность), а также о бытовом и коммерческом использовании водных ресурсов собираются с помощью переписей, полевых обследований, и административных баз данных. Полевые исследования позволили осмотреть существующую водную инфраструктуру (плотины, каналы, насосы), состояние ирригационных систем, а также реальные практики населения в области водопользования. Применены системные интегрированные методы для анализа взаимодействий между различными элементами водно-территориальной системы, дополненных гидрологическим и социально-экономическим моделированием для прогнозирования последствий предполагаемых изменений и мер. ГИС используются для картирования бассейна реки, определения местоположения инфраструктуры, визуализации использования ресурсов и нагрузки на них, и проводить точный пространственный анализ. Исследование также включает в себя семинары и консультации с местными заинтересованными сторонами для подтверждения результатов и разработки рекомендаций, адаптированных к социально-политическому контексту [1-2].
Результаты и их обсуждение. Были рассчитаны общее потребности в воде каждого субрегиона по месяцам и общего объёма воды, используемой во всём бассейне. По данным на 2020 год общая потребность в воде в бассейне реки Шари составляла примерно 3200 млн м³. Сельское хозяйство является главным водопользователем, на долю которого приходится около 55% общего спроса на воду. За ним следуют рыболовство и охрана окружающей среды, составляющие около 30%. Потребность в воде для бытовых нужд составляет приблизительно 8% от общего водопотребления. Торговля, туризм и городская деятельность занимают наименьшую долю – около 7%.
Составлены прогнозы развития, которые предполагают, что в будущем ожидается значительный рост этих потребностей в связи с ростом численности населения, расширением городов и экономическим развитием региона, что потребует улучшенного планирования и управления водными ресурсами бассейна реки Шари.
Рис. 2. Структура водопользования для бассейна реки Шари, %
Fig. 2. Structure of water use for the Chari River basin (%)
Выполнены гидрологические расчеты были выполнены при продолжительности наблюдений более 30 лет [5]. Среднегодовой расход воды в устье около 1,063 тыс. м3/с. Средний объем стока Wср = 33428 млн. м3.
Коэффициент вариации Сv определен методом моментов по формуле:
Сv = (a1 + а2/n) + (a3 + a4/n) + (a5 + a6/n)
; (1)
где a1, ..., а6 – коэффициенты для распределения Пирсона III типа;
– смещенные оценки коэффициента вариации
где ki – модульный коэффициент рассматриваемой гидрологической характеристики, определяемый по формуле
ki = Qi / Q (3)
здесь Qi – значения расходов воды по годам;
– среднеарифметическое значение расходов воды, определяемое в зависимости от числа лет гидрометрических наблюдений по формулам [5-6], где n=30 лет, (4)
Отсюда, ;
Сv = (a1 + а2/n) + (a3 + a4/n) + (a5 + a6/n)
Несмещенную оценку коэффициента автокорреляции между смежными членами ряда r(1) определяют по формуле:
, (5)
где смещенную оценку определяют по формуле
, (6)
Кривая обеспеченности речного стока приведена на рисунке 4.
Рис. 4. Кривая обеспеченности речного стока
Построены гидрографы ресного стока для лет разной обеспеченности (рис.5).
Рис. 5. Гидрографы речного стока различной обеспеченности
Составлен баланс земельных ресурсов для учета влияния диффузных стоков с сельскохозяйственных угодий при управлении водными ресурсами.
В настоящее время площадь лесов на территории речного бассейна реки Шари составляет менее 9,1%, что ниже экологически допустимого значения для речного бассейна (30 %), то есть далее нельзя сводить леса для увеличения площади сельскохозяйственных угодий при экстенсивном ведении растениеводства. Еще одной проблемой является перевыпас скота. Современные темпы механического сноса растительности при пастбищной нагрузке колеблются от 0,5 до 1,4 т/га в год. Из-за перевыпаса поверхностный смыв со склонов увеличивается и колеблется от 20 до 180 т/га в год,
Для интегрированных оценок условий водопользования и управления водными ресурсами применены водохозяйственные расчеты с учетом доступных для использования водных ресурсов в границах речных бассейнов, подбассейнов, водохозяйственных участков при различных условиях водности, предназначенные для оценки количества и степени освоения доступных для использования водных ресурсов водных объектов [5-7]. На основании выполненных водохозяйственных расчетов проведены оценки влияния наиболее активных видов водопользования на количество и качество водных ресурсов реки Шари (таблица 1).
Таблица 1. Оценки влияния наиболее активных видов водопользования на количество и качество водных ресурсов реки Шари учетом методов управления для лет 75% обеспеченности по стоку реки, млн. м3
|
Статьи ВХБ |
Без учета управления водными ресурсами |
1 метод управления водными ресурсами |
2 метод управления водными ресурсами |
3 метод управления водными ресурсами |
|
Сток реки |
20658,5 |
20658,5 |
20658,5 |
20658,5 |
|
Водопользование, наиболее активно влияющее на количество водных ресурсов |
||||
|
Объем диффузных и дренажных стоков с орошаемых земель |
4131,7 |
4131,7 |
4131,7 |
4131,7 |
|
Водопотребление орошения |
110,48 |
104,956 |
96,336 |
96,336 |
|
Профицит водных ресурсов |
5805,368 |
5805,368 |
5805,368 |
5805,37 |
|
Водопользование, наиболее активно влияющее на качество водных ресурсов |
||||
|
Управление качеством дренажного стока с орошаемых земель |
5,524 |
0 |
0 |
0 |
|
Управление качеством диффузных стоков с орошаемых земель |
57843,8 |
57843,8 |
57843,8 |
0 |
|
ВХБ с учетом качества вод |
-54987,83 |
-54904,96 |
-52038,43 |
5805,37 |
|
КПЗр |
5,31 |
3,2 |
1,1 |
-0,71 |
|
Класс качества речной воды |
очень грязная |
грязная |
загрязненная |
чистая |
По результатам выполненных оценок выявлено, что наибольшее влияние на количество и качество водных ресурсов реки Шари оказывает водопотребление орошения, а также диффузные стоки и дренажный сток с орошаемых земель [8-10]. Рекомендованы следующие методы управления: 1 – внедрение наилучших доступных технологий во всех отраслях водопользования; 2 – внедрение локальной внутрисистемной очистки и деминерализации дренажного стока на орошаемых землях; 3 – снижение загрязнений от диффузных стоков с мелиорируемых земель.
Эффективность рекомендуемых мероприятий оценена по коэффициенту предельной загрязненности (КПЗр), который показывает класс качества речной воды [8-11]. Как показали расчеты, при рекомендованной стратегии управления водными ресурсами класс качества воды в реке Шари будет меняться со статуса «очень грязная» до статуса «чистая».
Выводы
Анализ условий водопользования реки Шари в Республике Чад подчеркивает решающее значение этого ресурса для социально-экономического развития и сохранения местных экосистем. Как главный приток озера Чад, река Шари играет центральную роль в обеспечении водой миллионов людей, поддерживая жизненно важные виды деятельности, такие как сельское хозяйство, и снабжение питьевой водой. Однако этот ресурс сталкивается с серьезными проблемами, загрязнением окружающей среды связанными с изменчивостью климата и антропогенным давлением, что требует комплексного и устойчивого управления.
Река Шари, на которую приходится 82% притока воды озера Чад, подвержена значительным колебаниям стока под влиянием режима осадков. Исторические данные свидетельствуют о тревожном сокращении стока с 39,1 км3 в период с 1950 по 1971 год до всего лишь 21,8 км3 во время продолжительной засухи с 1972 по 2000 год. Эта гидрологическая изменчивость, усугубляемая изменением климата, подчеркивает уязвимость реки перед лицом экстремальных явлений, таких как засухи и наводнения.
Использование воды Шари разнообразно. В сельском хозяйстве река орошает от 5000 до 10000 гектаров пахотных земель, в основном для выращивания риса, сорго и овощных культур. Однако существующие методы ведения сельского хозяйства и мелиорации, часто водоемкие. сталкиваются с такими проблемами, как управление водными ресурсами и устойчивость урожайности. Большая часть населения речного бассейна напрямую использует речную воду для питьевых целей, но загрязнение в результате сброса неочищенных сточных вод представляет серьезную опасность для здоровья населения и окружающей среды.
Снижение расхода в сочетании с интенсивным испарением угрожает водоснабжению, особенно в периоды засухи. С другой стороны, качество воды ухудшается из-за высоких концентраций органических загрязнителей, нитратов, фосфатов и тяжелых металлов, в основном в результате сельскохозяйственной деятельности. Эти проблемы загрязнения требуют неотложного внимания для защиты здоровья населения и водного биоразнообразия.
Выявлено, что наибольшее влияние на количество и качество водных ресурсов реки Шари оказывает водопотребление орошения, а также диффузные стоки и дренажный сток с орошаемых земель. Рекомендованы следующие методы управления: 1 – внедрение наилучших доступных технологий во всех отраслях водопользования; 2 – внедрение локальной внутрисистемной очистки и деминерализации дренажного стока на орошаемых землях; 3 – снижение загрязнений от диффузных стоков с мелиорируемых земель.
Конфликты из-за использования между фермерами и владельцами ранчо, а также трансграничное управление водными ресурсами усложняют ситуацию. Бассейн реки Шари, который охватывает несколько стран, требует усиления координации между прибрежными государствами для обеспечения справедливого и устойчивого управления этим общим ресурсом.
1. Abderamane H. 2012. Étude du fonctionnement hydrogéochimique du système aquifère du Chari Baguirmi. République du Tchad. PhD Thesis. Poitiers. Retrieved from https://core.ac.uk/download/pdf/40120338.pdf.
2. Billon B., Guiscafré J., Herbaud J. & Oberlin G. 1968. Monographie hydrologique du Chari. multigr. Paris: ORSTOM. Retrieved from http://www.documentation.ird.fr/hor/fdi:16679 Black R. 1992. Mission géologique au Tchad du 14. 1. au 8. 2. 1992. In: Rapport inédit, 15. PNUD/DRGM N’Djaména. 151 BIBLIOGRAPHIE Bouchaou L., Michelot J. L., Vengosh A., Hsissou Y., Qurtobi M., Gaye C.
3. Burke K. 1976. The chad basin: An active intra-continental basin. Tectonophysics 36(1–3), 197 206. DOIhttps://doi.org/10.1016/0040–1951(76)90016–0 Cabot J. 1965. Le bassin du moyen Logone .Monographie du Logone,
4. Document de ORSTOM, P.355, Paris. https://www.persee.fr/doc/ingeo_0020 0093_1965_num_29_5_5777
5. СП 33-101–2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России, 2004. 70 с.
6. Раткович Л.Д., Маркин В.Н., Глазунова И.В. Вопросы рационального использования водных ресурсов и проектного обоснования водохозяйственных систем. М.: Московский государственный университет природообустройства, 2013. 256 С.
7. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2025621366 Российская Федерация. «Мониторинг качества воды в реках с применением ГИС карт»: заявл. 14.03.2025: опубл. 26.03.2025 / И.В. Глазунова, С.А. Соколова; заявитель ФГБОУ ВО
8. Глазунова И.В., Нгуен Т.То.Т. Анализ качества поверхностных вод реки Да во Вьетнамe // Современные проблемы развития мелиорации и пути их решения. Костяковские чтения: материалы Международной научно-практической конференции, Москва, 25–26 марта 2020 г. Т. II. М.: Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова, 2020. С. 23–27.DOIhttps://doi.org/10.37738/VNIIGiM.2020.21.96.005. 11. Карпенко Н.П., Глазунова И.В., Барсукова М.В. Повышение экологической безопасности при проведении работ по эксплуатации природоохранных сооружений на водосборах рек // Природообустройство. 2020. № 1. С. 129–136. DOIhttps://doi.org/10.34677/1997-6011/2020-1-129-136
