Грант ГУ «Комитет науки» Министерства образования и науки Республики Казахстан по приоритетному направлению развития науки: «4. Устойчивое развитие агропромышленного комплекса и безопасность сельскохозяйственной продукции», по специализированному научному направлению: «Устойчивое развитие сельских территорий», прикладное исследование. Договор №186 от 12.11.2020 г.
Научный руководитель: проф., д.г.н Акиянова Фарида Жианшиновна.
Идея проекта связана с необходимостью улучшения потенциала сельских территорий и сельскохозяйственных земель посредством оценки обеспеченности их поверхностными водными ресурсами и их рационального использования. Пригородная зона г. Нур-Султан, в соответствии с утвержденными программами, должна обеспечить значительную часть потребности столицы продуктами сельского хозяйства. Эти планы не реализуются в полной мере из-за ряда причин, главными из которых являются нерациональное использование водных ресурсов и земель сельскохозяйственного назначения. В последние годы, из-за усиления воздействия затопления паводковыми водами приречных территорий с расположенными на них населенными пунктами, инфраструктурой, сельскохозяйственными землями, основной защитой стало возведение многочисленных протяженных земляных дамб. При этом за короткий промежуток времени большая часть пресной воды, необходимой для использования в сельском хозяйстве, остается неучтенной и теряется вне русел рек на испарение и инфильтрацию. Проектом предлагается оценить ресурсы, режим и использование поверхностных вод междуречья рек Нура-Есиль пределах пригородной зоны г. Нур-Султан, с применением методов геоинформационного анализа, картографирования, дистанционного зондирования и гидравлического моделирования разработать наиболее рациональную систему использования поверхностных вод междуречья Нура-Есиль в сельском хозяйстве пригородной зоны.
Цель проекта: «Оценить ресурсы, режим и использование поверхностных вод междуречья Нура-Есиль в пределах пригородной зоны г. Нур-Султан, как определяющий фактор землепользования и устойчивого развития сельских территорий».
Основные ожидаемые результаты проекта:
Будет создана база геоданных и определены методы оценки состояния и использования поверхностных водных ресурсов для развития сельского хозяйства с учетом методов геоинформационного картографирования, дистанционного зондирования земли, гидравлического моделирование с учетом сценариев многоводных и маловодных лет. Будут выявлены многолетние (2005-2020 гг.) пространственно-временные изменения сельскохозяйственного землепользования на междуречье рек Нура-Есиль, включающих протоки Саркырама, Мукыр и Козгош, с оценкой их динамики.
Будет создана актуальная цифровая карта речной системы междуречья по территориям пяти сельских округов, будет проведена оценка поверхностных водных ресурсов территории, включающих протоки Саркырама, Мукыр, Козгош с использованием мониторинговых гидрологических данных, полевых измерений расходов и уровней, мониторинговых гидрохимических данных, полевых измерений и батиметрической съемки.
Будет проведено гидравлическое моделирование с картографированием риска воздействия паводковых вод на населенные пункты, сельскохозяйственные земли и инфраструктуру междуречья рек Нура-Есиль по территориям пяти сельских округов, чтобы оценить возможность перелива воды из р. Нуры в протоки Саркырама, Мукыр и Козгош. Будут разработаны научно-обоснованные рекомендации по использованию поверхностных водных ресурсов междуречья рек Нура-Есиль для рационального развития сельского хозяйства, устойчивого развития сельских территорий, публикации результатов в зарубежных научных изданиях, индексируемых базами Web of Science и Scopus. Целевыми потребителями результатов проекта станут заинтересованные организации регионального и местного уровней, занимающиеся вопросами сельского хозяйства, территориального планирования, защиты территорий от паводковых явлений, обучения прикладным возможностям ГИС-технологий: МСХ РК, ТОО «НИПИ Астанагенплан», Акимат Целиноградского района Акмолинской области, КЧС МВД РК, научные и проектные институты, производственные организации, ВУЗы.
Результаты исследований 2020-2021 гг.:
- Завершены работы по сбору и систематизации многолетних мониторинговых данных по поверхностным водам, картографических и статистических материалов по сельскохозяйственному использованию земель, данных по режиму работы гидротехнических сооружений, многолетних космических снимков, необходимых для анализа водных ресурсов и их режима, для оценки воздействия паводковых вод и проведения гидравлического моделирования в пределах пяти сельских округов, включающих протоки Саркырама, Мукыр, Козгош, по которым происходит сброс воды р. Нуры в долину р. Есиль.
В том числе завершены работы по сбору и систематизации следующих актуальных данных: картографических материалов по сельскохозяйственному использованию земель (схемы землепользования и карты использования земель по Целиноградскому и Аршалынскому районам); данных по режиму работы гидротехнических сооружений в пределах пяти сельских округов, включающих протоки Саркырама, Мукыр, Козгош (схемы и паспорта водопропускных сооружений междуречья _ системы лиманного орошения Алва; схемы и паспорта Преображенского гидроузла, канала Нура-Есиль, когтрегулятора по защите г. Нур-Султан). Структурированные данные включены в базу данных.
- Проведен анализ подходов и методов изучения состояния и использования водных ресурсов для развития сельского хозяйства с учетом методов геоинформационного картографирования и дистанционного зондирования Земли. Для оценки воздействия паводковых вод на территорию междуречья предложено гидравлическое моделирование с учетом сценариев многоводных и маловодных лет.
Территориально использован бассейновый подход, в основе которого лежит принцип взаимообусловленности природных комплексов от водного стока, от соотношений и внутренней связи бассейнов разного таксономического ранга. Основными методами, определяющими современное состояние и использование водных ресурсов, явились методы изучения режима водных объектов и расчета водного баланса зоны рассеивания стока. Учитывались основные элементы приходной (объем стока, сбрасываемого в весеннее половодье рекой Нура по протокам Саркырама, Мукыр, Козгош, атмосферные осадки), расходной (переток стока проток Саркырама, Мукыр, Козгош в р. Есиль, испарение, инфильтрация) и аккумуляционной (воды пойменных озер и гидротехнических сооружений) частей водного баланса. При этом применялись методы сравнительного анализа внутригодового (половодье, межень) и многолетнего (маловодье, многоводье) режимов водного баланса. На всех этапах оценки режима и расчетов водного баланса предлагается применение методов геоинформационного картографирования: пространственный анализ, геостатистический анализ. Основными методами дистанционного зондирования являются метод контролируемой кластеризации, метод определения водных объектов (NDWI), метод оценки пространственных изменений, методы создания цифровой модели рельефа, способ максимального правдоподобия.
Для оценки воздействия паводковых вод на территорию междуречья предложено применение гидравлического моделирования на основе модели HEC-RAS, комбинированной 1D и 2D маршрутизации нестационарного потока. Определены последовательные шаги моделирования: применение горизонтальной координатной проекции для HEC-RAS Mapper; разработка модели рельефа для 2D моделирования в HEC-RAS Mapper; создание набора данных слоя Маннинга n в HEC-RAS Mapper; добавление дополнительных картографических слоев для уточнения и улучшения визуализации модели (аэрофотосъемка, карты ГТС, дамб, сети дорог, населенных пунктов и др.); в HEC-RAS Mapper ввести граничный многоугольник для каждой из 2D областей стока, подлежащих моделированию; проложить разрывные линии в пределах двумерной области потока для обозначения основных препятствий для потока; создать двумерную расчетную сетку для каждой двумерной области течения; отредактировать сетку 2D области потока для улучшения ее характеристик; запустить 2D геометрический препроцессор из RAS Mapper для создания таблиц гидравлических свойств ячеек и поверхностей; ввести все данные о граничных и начальных условиях для областей 2D потока в редакторе данных нестационарного потока; в окне «Моделирование нестационарного потока» задать параметры вычислений и настройки для областей двумерного потока; запустить моделирование нестационарного потока. Моделирование будет проводиться от Преображенского гидроузла до гидропоста Кошкарбаева вдоль реки Нуры и далее мо протокам междуречья, а по реке Есиль от Контррегулятора до с. Кажымукан. Для моделирования многоводного года будут использованы данные по сбросу 2017 г. Размер сетки будет составлять 50 м с созданием множества ячеек. По результатам моделирования будет создан ряд карт с оценкой риска затопления населенных пунктов, инфраструктуры и объектов экономики, с оценкой глубины затопления и длительности стояния паводковых вод, времени добегания паводочной волны до основных объектов расселения населения и экономики.
- Для определения пространственно-временных изменений сельскохозяйственного землепользования на междуречье рек Нура-Есиль проведена оценка и картографирование современного состояния с выделением основных 6 категорий земель. Оценка динамики изменений землепользования проведена на основе сравнительного анализа статистических данных за 2005-2020 гг., а также на основе дешифрирования космических снимков и ГИС по территориям пяти сельских округов, включающих протоки Саркырама, Мукыр и Козгош. Анализ статистических данных показал, что площадь земель сельскохозяйственного назначения в 2015-2019 гг. сократилась в 6 раз, что связано с переходом их в категорию земель запаса, находящихся во временном пользовании. Изменения связаны с воздействием весенних паводков, приведших к нерегулируемому затоплению земель. Сравнительный анализ показал постоянную тенденцию роста площадей, занятых населенными пунктами, что связано с активными агломерационными процессами пригородной зоны г. Нурсултан, причем выраженный пик роста наблюдался в 2009-210 гг. Увеличение земель населённых пунктов и некоторый рост земель добывающей промышленности произошло за счет земель запаса. Сравнительный анализ космических снимков за 2005-2021 гг. в целом подтвердил указанные тенденции, кроме того показал обратную связь изменения площадей пашни с площадями залежи и сенокосных угодий, также общую тенденцию снижения площадей пастбищ.
- Создана актуальная цифровая карта речной системы междуречья рек Нура-Есиль по территориям пяти сельских округов, включающих протоки Саркырама, Муккыр, Козгош. Детальное картографирование выполнено на основе съемки с беспилотного летательного устройства с получением снимков высокого разрешения, дополненное инструментальными измерениями полевых исследований. Определено, что существенные изменения речной системы междуречья произошли в последние 30 лет и связаны с активной перестройкой сети, связанной со строительством дамб, транспортной сети. Изменения также произошли за счет хищнической добычи строительных материалов, повлекших изменения пойменных и русловых экосистем междуречья, уменьшение водности проток, увеличение безвозвратных потерь поверхностного стока, превращения участков водотоков в отдельные системы старичных озер. Последним толчком к деградации сельскохозяйственных угодий междуречья послужило активное возведение земляных насыпей (дамб), возводившихся и обновляемых при ежегодном воздействии наводнений, вызванных весенним половодьем 2015-2019 гг.
Проведена оценка поверхностных водных ресурсов территории, включающих протоки Саркырама, Мукыр, Козгош с использованием мониторинговых гидрологических данных, полевых измерений расходов и уровней, гидрохимических данных, полевых измерений и батиметрической съемки проток.
Члены исследовательской группы:
| ФИО | Scopus Author ID, Researcher ID, ORCID | Ссылка на профиль |
| Ф.Ж. Акиянова | Scopus Author ID: 55391785900
Researcher ID: 0000-0002-8395-8497 |
Scopus: https://www.scopus.com/ authid/detail.uri?authorId=57200698050
Researcher: https://orcid.org/0000-0002-8395-8497 |
| Н.Б. Зинабдин | Scopus Author ID – 57200701952
Researcher ID: 0000-0003-4254-1369 |
Scopus:https://www.scopus.com/ authid/detail.uri?authorId=57200701952
Researcher: https://orcid.org/0000-0003-4254-1369 |
| А.Д. Нажбиев | ||
| А.М. Аталихова | ||
| Ж.Е. Мусагалиева | ||
| Е.М. Каракулов | ||
| А.Н. Кабдешев | ||
| Н. Ондас | Scopus Author ID – 57219352437
Researcher ID: 0000-0002-7748-3237 |
Scopus: https://www.scopus.com/ authid/detail.uri?authorId=57219352437
Researcher: https://orcid.org/my-orcid?orcid=0000-0002-7748-3237 |
| М.А. Муздыбаев | ||
| Ә.Т. Симбатова | ||
| А.Б. Бердибек |
Публикации:
- Опубликована статья в рецензируемом зарубежном издании с ненулевым импакт-фактором: Akiyanova F., Mussagaliyeva Zh., Nazhbiyev A., Zinabdin N., Zhamangara A. Application of remote sensing methods to determine the eutrophication of small lakes in Northern Kazakhstan / The scientific heritage Vol 2, No 75 (75) (2021) p. 16-23, DOI: 10.24412/9215-0365-2021-75-2-16-23. Ссылка на журнал: http://www.scientific-heritage.com/ru/journ/ Ссылка на статью: http://www.scientific-heritage.com/wp-content/uploads/2021/10/The-scientific-heritage-No-75-75-2021-Vol-2.pdf.
- Принято участие с докладом на 34-том Международном Географическом Конгрессе, проходившем 16-20 августа 2021г. Название доклада: Farida Akiyanova, Nurlan Ongdas, Yergali Karakulov, Altynay Shaimerdenova, Zhanbota Mussagaliyeva, Nurlybek Zinabdin, Aksholpan Atalikhova, Adlet Nazhbiyev, Arman Kabdeshev, Aliya Simbatova «The use of modeling for evidence based planning to deal with the possible consequences of spring floods on lowland rivers» / 34th International Geographical Congress 16-20 August, 2021 Istanbul. Geography: Bridging the Continents р. 262 https://igc2021.org/en/default.asp.