Оценка испарения необходима для определения водного баланса, какого-либо водного объекта или территориального бассейна.

Оценка испарения с водной поверхности может быть произведена с использованием целого ряда методов. Значительное количество методов объясняется тем, что сложный механизм взаимодействия между водной поверхностью и прилегающей к ней воздушной массы еще полностью не раскрыты [16].

Испарение с водной поверхности водохранилища является главной составляющей расходной части его водного баланса (испарение это процесс, при котором молекулы жидкости покидают ее поверхность и переходят в газообразное состояние, температура воздуха играет ключевую роль в этом процессе). По метеостанциям, расположенных в бассейне р. Тобыл, а именно: Жетикаре, Костанае, Карасу, Кусмурине и Диевском, был осуществлен анализ температурного режима на протяжении времени с начала ведения инструментальных наблюдений до 2023 г. включительно. Для этого использовались среднемесячные значения температуры воздуха. Результаты анализа выявили, что коэффициент детерминации линии тренда, оцененный по среднегодовым значениям температуры воздуха, колебался в диапазоне от 0.31 до 0.52. Однако, при построении скользящих 10-летних средних значений температур воздуха данный коэффициент вырос до значений от 0.84 до 0.95. 

Дополнительный анализ временных рядов температурных значений, проведенный для различных временных периодов, позволил выявить направленные изменения температуры воздуха как в годовом разрезе, так и в разрезе холодных и теплых времен года. Долгосрочные изменения температуры были разделены на два периода с 1985 г. Сравнение данных показало, что в период с 1986 по 2023 гг. средние значения температуры воздуха оказались выше на 0.1-3.0℃ по сравнению с периодом до 1985 г. Разница в значениях температуры составляла 2.0-3.0℃ в прохладное время года и 0.1-0.8℃ в теплое время года. Это свидетельствует о заметном повышении температур воздуха в исследуемом регионе в течение последних десятилетий, в особенности в зимние месяцы.

Потери на испарение с поверхности водохранилища слагаются из двух частей: испарение с открытой водной поверхности в теплый период года и испарение со снега и льда на поверхности замерзшего водоема. Испарение с поверхности снега на льду водохранилища со времени установления ледостава до накопления наибольших снегозапасов учитывается непосредственно при выполнении снегомерных съемок, поэтому в данной статье не рассматривается. Испарение с поверхности снега и льда за период от начала снеготаяния до окончания ледовых явлений на водоеме незначительно. 

Испарение является определяющим параметром при разработке конкретных схем рационального использования водных и земельных ресурсов для оптимально-логистического развития экономики региона. Следует отметить, что за испаряемость ряд исследователей принимают испарение с водной поверхности, другие – максимально возможное испарение с оптимально увлажненной поверхности суши. 

Впервые для территории Казахстана по методу Будыко-Зубенок Сарсенбаевым М.Х. построена карта изолиний годовой испаряемости, которая имеет как научное, так и практическое значение. Она охватывает изменения по всем ландшафтным условиям Республики Казахстан [27-28]. Месячные значения испаряемости по методу Будыко-Зубенок для лесостепной зоны приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Расчетные значения испаряемости по методу Будыко-Зубенок, мм [29] 

Величины испарения с водной поверхности за отдельные годы могут быть в большей или меньшей степени отличаться от среднемноголетних их значений вследствие разной продолжительности безледоставного периода и изменчивости основных метеорологических элементов, определяющих интенсивность испарения от года к году. Однако изменчивость величины испарения водоемов относительно невелика и характеризуется коэффициентом вариации – 0.08-0.11. Коэффициент асимметрии принят равным 2Cv. Оценка величины испарения различной обеспеченности может быть получена с помощью модульных коэффициентов, приведенных в таблице 2.

Таблица 2 - Модульные коэффициенты испарения за безледоставный период

Для изучаемого объектов каскада водохранилищ реки Тобыл величина испарения с водной поверхности за теплый период составляет: среднее значение – 721 мм, обеспеченное на 3 % – 865 мм, а на 5 % – 844 мм.

Распределение испарения по месяцам в течение безледоставного периода определяется не только гидрометеорологическими условиями, но находится в зависимости от глубины водоема. Определение месячных величин испарения с водоемов на рассматриваемой территории можно производить по таблице 3. В таблице 4 приведено распределение величины испарения по месяцам в долях от суммарного испарения.

Таблица 3 - Коэффициенты перехода распределение испарения за безледоставный период по месяцам 

Таблица 4 - Распределение испарения за безледоставный период по месяцам (в долях от суммарного)

При водохозяйственных расчетах для оценки понижения уровня воды бессточных водоемов необходимо определить разность испарения минус осадки (в см). Изменчивость этой разности несколько больше изменчивости испарения и характеризуется коэффициентом вариации – 0.12-0.22; коэффициент асимметрии равен «минус» 0.21-0.53. Норма величины испарения минус осадки в пределах территории Костанайской области изменяется от 48 см до 64 см. 

Модульные коэффициенты нормы разности испарения и осадков различной обеспеченности приведены в таблице 5. В таблице 6 приведены разность испарения и осадков в годы различной водности. 

Таблица 5 - Модульные коэффициенты нормы испарения минус осадки  U₀=h_0ис-h_0ос

Таблица 6 - Разность испарения и осадков различной обеспеченности 

Площадь водного зеркала при НПУ 200.11 млн. м². Принимая среднюю величину слоя испарения с водной поверхности 48см, получим суммарные потери на испарения – 96.0 млн. м³. Засушливые годы с обеспеченностью испарения с водной поверхности 5% потери на испарения составляют – 47.0 млн. м³, а в очень засушливые годы с обеспеченностью испарения с водной поверхности 3%, потери составляют – 51.0 млн. м³.

Естественно, в реальности потери на испарение могут быть меньше, поскольку площадь акватории уменьшается обычно к началу осени, кроме того, в начале лета водоем может находиться на отметке ниже НПУ. Современный водохозяйственный баланс каскада водохранилищ р. Тобыл в годы различной водности приведен в таблице 7. 

Таблица 7 - Водохозяйственный баланс каскада водохранилищ р. Тобыл

[Источники]