К настоящему моменту в водохозяйственный комплекс бассейна входит 6 водохранилищ комплексного назначения с суммарным объемом 1456,76 млн. м³.

Суммарная полезная емкость водохранилищ – 1393 млн. м³ (таблица 1).

Таблица 1 - Сведение о водохранилищах 

Основным регулятором стока реки Тобыл является Верхнетобольское водохранилище (полезная емкость 781 млн. м³), с подпиткой расположенных ниже Каратомарского (полезная емкость 562 млн. м³) и других водохранилищ, служащих источниками водоснабжения городов Рудный, Костанай, Лисаковск и ряда других водопотребителей. 

Водные ресурсы бассейна р. Тобыл оцениваются в 746 млн. м³, часть из которых формируется на территории соседнего государства. Гидрологический режим реки Тобыл и ее притоков при входе в Республику Казахстан мало подвержен влиянию хозяйственной деятельности, годовой сток замыкающих створах за весь период наблюдений можно принять условно-естественным. Исходя из этого, приток воды к каскаду водохранилищ оценивался по данным гидрологических постов, расположенных в Костанайской области. 

Гидрологической основой водохозяйственных расчетов послужили восстановленные 91-летние ряды притока к Верхнетобольскому водохранилищу и боковой приточности, формирующиеся на участке от Верхнетобольского до Каратомарского водохранилища.

Приходная и расходная части водного баланса водоемов уравновешивающиеся, как известно, в среднем за многолетний период, в отдельные годы и группы лет могут существенно различаться. На исследуемой территории в годы или в группы лет с повышенной водностью (приходная часть баланса превышает расходную) происходит значительное увеличение размеров водохранилищ, расположенных на р. Тобыл и объема воды в них, а в годы или группы лет с пониженной водностью (приходная часть баланса меньше расходной) – происходит усыхание водохранилищ.

Слагаемыми водного баланса комплекса водохранилищ являются: приходная часть – приток воды в водохранилище с верхнего участка; осадки, выпадающие на поверхность водохранилища в период от начала снеготаянию до наступления ледостава; снегозапасы на льду водохранилища к концу зимы.

Расходная часть – испарение в безледоставный период, сток с водоема, фильтрация через ложе водохранилища. Расходная часть водного баланса водохранилища полностью определяется потерями на испарение с водной поверхности. Потери воды из водохранилища на фильтрацию невелики, что в значительной мере объясняется достаточно широким распространением суглинистых грунтов и заиленностью чаши водоема (слой илистых отложений на дне водохранилища достигает 0.5–1.0 м). 

Приток воды в водохранилище. Главным источником питания каскада водохранилищ реки Тобыл являются талые снеговые воды. Сток дождевых вод в водохранилище, как и в реки, происходит очень редко – при выпадении дождей большой интенсивности на увлажненную почву, поэтому при расчетах среднего годового притока воды в водохранилище его можно не учитывать. 

Расчет среднего годового притока воды к каскаду водохранилищ реки Тобыл выполнен по вероятностно-статистическим методам расчета стока для изученных рек. Наиболее распространённым способом определения среднего годового стока при наличии наблюдений являются метод моментов или метод наибольшего правдоподобия. 

Для оценки поверхностного стока, поступающего в каскад водохранилищ, построенных в бассейне реки Тобол, был получен временный ряд суммарных величин среднегодового стока воды, зафиксированных по гидрологическим постам в бассейне реки Тобол – в створах села Гришенка и села Варваринка реки Аят. Гидрологический пост Гришенка расположен в нижней части Желкуарского водохранилища, а гидрологический пост Варваринка – в месте впадения реки Аят в Каратомарское водохранилище.

Расчетные гидрологические характеристики годового стока заданной вероятности превышения реки Тобыл в расчетном створе определены по кривой обеспеченности. Параметры годового стока – норма стока и коэффициент вариации определены по данным за последние 50 лет (1972-2021 гг.) Третий параметр годового стока – коэффициент асимметрии определен по подобранной теоретической кривой обеспеченности, адекватно соответствующей эмпирическим точкам по всей их амплитуде.

Анализ данных большинства рек исследуемого района показал, что наиболее подходящим типом кривой обеспеченности годового стока рек района оказалась кривая Пирсона III типа при C_s=2Cv.

Суммарный сток в годы различной водности реки Тобыл – Гришенка и реки Аят – Варваринка приведен в таблице 2 

Таблица 2 - Приток воды к каскаду водохранилищ реки Тобыл в годы различной водности

Боковая приточность. Боковая приточность, формирующаяся на участке от Верхнетобольского водохранилища до Каратомарского водохранилища определена по модулю стока, по карте для частной площади. Модуль стока составляет 0.25 л/с×км². Объем стока между смежными створами в годы средней водности составляет 1.93 млн. м³. В годы 50 % обеспеченности боковая приточность составляет 1.21 млн. м³, а в маловодные годы 75 и 95 % обеспеченности соответственно составляет 0.48 млн. м³ и 0.12 млн. м³.