Comparison of practices

Other: Дистанционный мониторинг

• Use of water resources
• Use of land resources
• Re-use of drainage water for irrigation

Country: Kazakhstan

Province: South Kazakhstan Region

District: Maktaaral District

Other settlement: Zhanaauyl Rural District

Country: Kyrgyzstan

Province: Issyk Kul Region

District: Ak-Suu District

The Maktaaral Irrigation Massif has 220 vertical drainage wells (VDW), but currently practically all of them are not operational.   The highest level of ground water occurrence in Maktaaral Irrigation Massif falls on December-February after completion of fall irrigation washings and water-charging.  The beginning of vegetation season (April-May) is characterized by receding ground water table.

The second ground water table rise occurs during mass vegetation watering of main crops, as a rule in July-August.

The vertical drainage system in Maktaaral Irrigation Massif does not operate on permanent basis, but mainly during fall and winter (irrigation washing, water charging) and during the vegetation season at the time of insufficient irrigation water supply.

Ледник Энилчек дендритового типа. Этот ледник берёт начало в районе пика Хан-Тенгри (6995 м), а его язык длиной 43,2 км при средней ширине 2,2 км опускается до отметки 2800 м. Длина ледника Северный Энилчек — 38,2 км, площадь — 181,2 км2; длина ледника Южный Энилчек — 58,9 км, площадь — 567,2 км2.

Озеро Мерцбахера:
• высота над уровнем моря 3304 м
• объем 0,12-0,25 км3
• наибольшая глубина 75 м
• средняя глубина 35 м
• площадь озера 4,5 км2

Озеро Мерцбахера сформировалось в окончании малого ледникового периода (XIX в.). Имеет два бассейна, называемых Верхнее и Нижнее озеро Мерцбахера, разделённых высотой 400 м и 3-4 км ледовой реки которая также носит имя Мерцбахера. Нижняя, большая часть озера с юга ограничена ледниковой «плотиной». Ежегодно (дважды в год, в летний и зимний период) нижняя часть прорывается в долину реки Энилчек, полностью теряет свои воды, сбрасывая их в течение 2-7 суток по подлёдным каналам. Скорость сброса может превышать 1000 м³/с. В момент прорыва в озере накапливается от 0,06 до 0,07 кубических километров воды. Согласно исследованиям учёных прорывы происходят, когда температура воды в озере поднимается до 10-15 градусов по Цельсию.

Start date: 01.01.2016

End date: 31.10.2017

Start date: 01.01.2012

End date: 31.12.2013

Deterioration of reclamation situation: raising ground water table and land salination.  Intensified water withdrawal, saving on pipes, reusing ground water for irrigation

Прорывы на озере Мерцбахера нередко разрушают мосты, дороги, и другие инженерные сооружения вниз по течению рек вытекающих из этого озера, вплоть до реки Аксу на территории Китая.

Set of measures to enhance land reclamation condition (rehabilitation of vertical drainage well capacities, fitting them with equipment for pumping ground water via casing column)

• Using casing pipes in wells for water lifting requires application of a special (pipeless water-lifting) device.

• Модернизация систем управления и контроля; 
• Дистанционный мониторинг

The pipeless water-lifting device allows fixing the submersible pump at a set depth and dividing the well’s trunk into suction and injection zones.

Water lifting is done via the casing column and not the water-lifting pipe used in traditional well operation technology.

 At the same time:

• metal consumption and total weight of the pumping installation decreases by 60-90%;
• pollution of the water-bearing layer is excluded; assembly and dismantling costs decrease by 40-70%;
• power costs of water lifting decrease by 30%; water return of the water-bearing layer increases; possibility of polluting and/or infecting the water-bearing table is excluded making the suggested technology competitive.

 This technology of pumping underground water renders the possibility of intensifying water withdrawal due to creating vacuum in the pump’s suction zone.

Регион бассейна реки Сары-Джаз, включающий крупнейший ледник Энилчек, являетсяся одним из крупных источников пресной воды и потенциальным источником для гидроэнергетики в регионе.

Регион представляет особую важность для изучения вероятности возникновения как природных, так и природно-техногенных стихийных бедствий, и имеет большое значение для рационального водоснабжения в Кыргызстане и на прилегающих территориях в Синьцзянском автономном районе Китая, для планирования крупномасштабных технических проектов таких, как каскады гидроэлектрических станций.

Причина регрессии оледенения Тянь-Шаня, наблюдаемая в последние десятилетия, заключается в климатических изменениях. Это ведет к уменьшению общих водных ресурсов, активизации грязевых потоков, паводков и прорывов ледниковых озер. Крупнейшее из известных, подпруженных ледником озер, ледниковое озеро Мерцбахера, отличается одним из наиболее сильных и регулярных ежегодно повторяющихся прорывных ледниковых паводков. В районе этого озера, в центральной части ледника Энилчек, в месте сочленения двух его ветвей: Северного и Южного Энилчека, необходимо было изучение гидрологических, климатически, гляциологических изменений, связанных с изменениями атмосферной циркуляции в региональном и глобальном масштабе.

Мероприятия:

Исследования ледника Энилчек выполнялись на базе станции имени Мерцбахера, которая была создана совместно ЦАИИЗ и GFZ в августе 2009 года. В последующем, на этой станции, предполагается расширить набор измерительных приборов, исследующих ледник Энилчек.

По проекту проведены полевые работы в бассейне рек Сарыджаз и Энилчек, поступают измерения с автоматических метео- и сейсмостанций, гидропостов с перемычки Северный Энилчек и абляционных реек с Южного Энылчека.

Автоматические метеостанции предоставляют информацию о температуре, осадках, влажности, атмосферном давлении, ветре и суммарной солнечной радиации. Это позволило выявить влияние изменения климатических параметров на изменения баланса ледника, стока реки Энилчек и режима прорывного стока озера Мерцбахера.

Получено более точное определение летнего ледникового стока отдельно по ледникам Северный и Южный Энилчек с использование автоматических гидропостов.

Колебания уровня воды озера Мерцбахера и ледовой поверхности озера регистрировались. Датчики давления воды и разработанные GFZ, OpenGPS – датчиком, с использованием технологии лазерного сканирования и визуального наблюдения с помощью веб - камеры высокого разрешения обеспечили мониторинг постоянных изменений водной поверхности.

Результаты:

Мониторинговая сеть ЦАИИЗ создается на основе изыскания грантов и инвестиций по проектам из третьих источников и оснащены GPRS модемами, через которые информация один раз в сутки автоматически поступает на сервер ЦАИИЗ.

Комплекс связанных между собой станций создан еще по одному проекту GCO-CA. Это станции MRZ1 и MRZ2, размещенные вблизи озера Мерцбахерна на северном и южном борту ледников Северный и Южный Энелчек. Третья станция ICED установлена на ледовой дамбе, она служит для измерения скорость движения ледника и наблюдения за дамбой.

Были составлены электронные карты для бассейна реки Сары-джаз. Проведены геофизические измерения и оценены мощности ледника Энылчек, обнаружены линеаменты, разломы и ригели в районе прорывоопасного озера Мерцбахера. По космическим снимкам дешифрированы скальные оползни в виде палеосейсмодислокаций, расположенные в радиусе до 50 км от слияния реки Сарыджаз с левобережным его притоком Энылчек. Палеосейсмодислокации свидетельствуют о высокой сейсмичности исследуемого региона. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и возведении в перспективе Сарыджазской ГЭС.

Финансово-экономические:
Полученные результаты стали важным вкладом для планирования и осуществления безопасного хозяйственного развития бассейна реки Сарыджаз, в частности, для проектирования, строительства и эксплуатации гидроэлектростанций в этом регионе.

Экологические:
Результаты служат основой для оценки и прогноза климатической и экологической изменчивости водных ресурсов

Социальные:
• снизилась вероятность внезапного разрушения инженерных сооружений;
• повысился уровень безопасности для населения, проживающего в бассейне реки Сарыджаз.

There is a need to perform major repair of vertical drainage system with the aim of ensuring the timely diversion of drainage and waste water from the Maktaaral Irrigation Massif.

It is also necessary to identify the optimal environmental and reclamation conditions to prevent salination of irrigated massifs by way of re-using drainage water for irrigation.

The data on the chemical composition of drainage and waste water (as per reports by Southern Kazakhstan Hydro-Geological Reclamation Expedition) prove that in most cases such water can used for irrigation without the need to dilute it with clean irrigation water.

Required personnel capacity-building:

• continuous training of the staff of the Operational Section of Southern Kazakhstan branch of RSE “Kazvodkhoz” on assembly and dismantling of target equipment used for VDW re-fitting;
• drafting and disseminating training materials (operation recommendations, practical seminars and trainings).

Уроки:

Изучение и мониторинг ледников Южный и Северный Энилчек и озера Мерцбахера имеют огромное значение в связи с перспективами освоения водных, гидроэнергетических и минеральных ресурсов бассейна р. Сарыджаз

Рекомендации:

В долгосрочной перспективе мониторинг ледников и озер необходим для предотвращения опасных прорывов на высокогорных озерах.

Domestic tools (outcomes of research by domestic R&D organizations)

Зарубежные инструменты (передача зарубежного опыта)

1. Cost of implementation: High

2. Approximate cost of investment per 1 ha:

3. O&M costs: High

4. Expert support: Not needed

1. Cost of implementation: High

2. Approximate cost of investment per 1 ha:

3. O&M costs: Moderate

4. Expert support: Needed at implementation stage

Within the framework of 5039GF/4 Project supported via the financial grant on behalf of the Ministry of Education and Science (MoES) of Kazakhstan, several demo-sites were established in Maktaaral District of Southern Kazakhstan Region to hold trainings and practical seminars for specialists and to promote the new technology of pumping underground water via vertical drainage wells re-fitted with pipeless water-lifting devices.

Observations of ground water level were performed in the irrigation massif; optimal reclamation regime for irrigated land via vertical drainage wells based on the new technology was developed.

Название: Изучение ледника Энилчек с целью определения его баланса, морфологических, динамических характеристик, а так же климатических и гидрологических условий.

Продолжительность: 2012-2013 гг.

Цели и задачи: Измерение ряда параметров, необходимых для объяснения, моделирования и прогноза гляциальной, водной, атмосферной подсистем, в аспекте возникновения возможных рисков геокатастроф и изменения водных ресурсов.

Долгосрочные цели: Прогноз тенденций климатических изменений и изменений водных ресурсов в Кыргызстане и Центральной Азии.

Масштаб внедрения и получатели выгод от его реализации: Население бассейна реки Сарыджаз Кыргызской Республики, а также население нижнего течения на территории Китайской Народной Республики.

Агентство по реализации: Центрально-Азиатский институт прикладных исследований земли (ЦАИИЗ).

Донор: Правительство Кыргызской Республики и GFZ.

Ответственное агентство по внедрению проекта: Центрально-Азиатский институт прикладных исследований земли (ЦАИИЗ).

Tumlert, V.A., Tumlert, E.V. “Outcomes of designing a device to pump underground water via well casing column” //Fair and rational use of natural resources – a way to the future (III Urkumbayev Readings): report abstract for scientific and technical conference, Taraz 2015, pp. 337-347;

Amangeldiyev, S.S. “Power-and-resource-saving technology of pumping underground water via well casing column with submersible pumps” // Khabar TV Channel, “Innovative Overdrive” Program (in the Kazakh and Russian languages), May 2015;

Tumlert, V. A., Yugai, I.A., Telgarayeva, G.E., Tumlert, E.V. “Introducing a new resource-saving technology of operating vertical drainage wells in irrigated massifs of Southern Kazakhstan Region” // ”Agrarian Science in Agriculture of Siberia, Kazakhstan, Belarus and Bulgaria”: report at the XIX International Scientific and Technical Conference, Minsk 2016, pp. 183-188;

Tumlert, V. A., Yugai, I.A., Ismailov, B.D. “Technology of  pumping drainage water within the vertical drainage system in the irrigation massif of Southern Kazakhstan Region” // “Transboundary cooperation in Central Asia – stability and wellbeing of the whole region”: materials of international scientific and technical conference, Almaty 2017, pp. 181-187;

Tumlert, V. A., Yugai, I.A., Ismailov, B.D. “Intensifying water supply of distant pastures based on GIS-technologies” // “Prospects of innovative and investment development of the water sector”: materials of international scientific and technical conference, Kherson, Ukraine, May 18-19, 2017, pp. 133-137.

1. Центрально-Азиатский институт прикладных исследований земли. Научно-исследовательская программа на 2012-2013 гг. 

2. Магнитометрические исследования ледников Южный и Северный Энилчек (Иныльчек) в районе озера Мерцбахера

3. Презентация о работе института

4. О сети мониторинга для оценки георисков в Центральной Азии

SIC ICWC

НИЦ МКВК