Прогноз наледных явлений на малых реках и ручьях в межгорных котловинах хребта Цаган-Дабан

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бурятский государственный университет Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а

Иркутский государственный университет

Московский авиационный институт

Прогноз наледных явлений на малых реках и ручьях в межгорных котловинах хребта Цаган-Дабан

Черных Владимир Николаевич

старший преподаватель

Спиридонов Егор Вячеславович

магистрант

Мансурова Оксана Зуфаровна

магистрант

Константинова Елена Александровна

студентка

Аннотация

наледь малый река межгорный

В статье рассматриваются возможности прогнозирования интенсивности развития наледей на малых реках в межгорных котловинах хребта Цаган-Дабан на основе определения зависимости их морфометрических характеристик от основных гидротермических факторов. Проводится ретроспективный анализ развития наледей в пределах рассматриваемой территории за последние 20 лет с выявлением направленности климатических изменений.

Ключевые слова: наледи, экосистемы, осадки, температура воздуха, подземные воды, космические снимки.

Образование наледей на малых реках в областях распространения многолетней мерзлоты в условиях резко-континентального климата происходит ежегодно в холодный период. В межгорных котловинах хребта Цаган-Дабан наледеобразование начинается в декабре и заканчивается в апреле. Наледи образуются по всем постоянным водотокам в горной лесной части территории и в остепненных долинах рек. Таяние происходит с апреля по май, в лесной части до середины июня.

Наледи играют важную роль в функционировании экосистем территории, обеспечивая сток рек в засушливый весенний период и начале лета, благодаря замедленному таянию ледяных масс, накопленных в зимнее время. От интенсивности наледеобразования в холодный период года зависит сток малых рек территории. С наледями связаны экологические риски возникновения чрезвычайных ситуаций природного характера, так как при чрезмерном развитии они подтапливают населенные пункты и объекты инфраструктуры в пределах рассматриваемой территории в 3-х районах Республики Бурятия (Тарбагатайский, Заиграевский, Мухоршибирский), из-за чего под угрозой стихии оказываются около 5 тыс. человек. С другой стороны, при недостаточных запасах льда в наледях весной ограничен сток рек, в результате чего возникает дефицит воды в сельском хозяйстве. Финансирование мероприятий по защите от наледных угроз закладываются в бюджеты муниципальных образований, поэтому мониторинг и прогноз интенсивности наледеобразования является актуальным не только с точки зрения характеристики природы явления, но и для экономики, а также в целях обеспечения безопасности жизнедеятельности населения.

Прогноз интенсивности наледеобразования основан на установлении зависимости морфометрических характеристик наледей от гидрометеорологических показателей. В основу исследования положено представление о том, что основным источником формирования наледей являются подземные воды инфильтрационного происхождения. Согласно карте гидрогеологического районирования Бурятской АССР [2] исследуемая территория относится к Цаган-Дабанскому бассейну трещинных вод, запасы которых формируются благодаря инфильтрации, поэтому для проведения исследования использовались данные по количеству осадков. С целью более детального анализа привлекались данные по температурам воздуха и мощности снежного покрова.

Исследование проводилось в несколько этапов с применением данных космической съемки спутниковой системы Landsat и результатов полевых маршрутных наблюдений. На первом этапе на основе топографических карт и космических снимков восстанавливалась гидрографическая сеть исследуемой территории (хребет Цаган-Дабан с отрогами и межгорными котловинами). Для относительно небольшого района, где среди постоянных водотоков преобладают малые реки и ручьи, установление состояния гидросети сталкивается с рядом трудностей. Во-первых, на топографических картах, имеющихся в свободном доступе, состояние местности соответствует периоду съемки (1958 г) и часть обозначенных водотоков на сегодняшний день уже пересохли, либо их протяженность сильно сократилась. Во-вторых, по космическим снимкам, разрешения до 15 м на точку, трудно дешифрировать водотоки с расходом воды менее 1 м 3/c. В связи с этим, картометрические работы и дешифрирование космических снимков дополнялись маршрутными полевыми исследованиями.

Работы, проводимые с 2013 года, позволили установить современное состояние гидрографической сети территории (табл.1). При подсчетах учитывались водотоки, большую часть года, впадающие в другой водоток (водоем) и имеющие постоянное течение, протяженность более 1 км. Водотоки, истоки которых расположены в хребте Цаган-Дабан, его отрогах и межгорных котловинах, относятся к бассейнам рек Селенга, Уда и Тугнуй. Эти реки являются основными принимающими водотоками. Согласно общепринятой классификации притоков все рассматриваемые малые реки и ручьи поделены на порядки. Результаты подсчета представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что среди постоянных водотоков по количеству преобладают притоки IV порядка и ниже. С ними связано образование наледей в лесной части рассматриваемой территории.

Таблица 1. Характеристика гидрографической сети исследуемой территории

На втором этапе проводился ретроспективный анализ наледеобразования на основе изучения разновременных мультиспектральных космических снимков системы Landsat. Для выявления изменений площадных и количественных характеристик наледей подбирались космические снимки Landsat 4 -5, Landsat 8 за период с 1997 по 2017 год. На основе композитов собранных с использованием ENVI 4.8 составлены схемы распространения наледей на изучаемых водотоках. В полевых условиях полустационарными наблюдениями изучались отдельные наледи в долине реки Куналейка (приток реки Селенга II-го порядка). С 2012 по 2017 год на четырех наледях проводились замеры площадей и подсчет запасов льда по стандартным методикам [1].

Установлено, что на 145 водотоках исследуемой территории в 1997 году насчитывалось 595 малых и средних наледей, площадью от 0,1 км2 до 5 км2. По снимкам 2017 года дешифрируется всего 209 объектов. Количество наледей за прошедшие 20 лет сократилось в 2,8 раз, уменьшились их площади и запасы льда. Подобное сокращение связано с продолжительной засухой, наблюдающейся в Забайкалье в последние годы [3], что подтверждает зависимость интенсивности наледеобразования от метеорологических факторов.

На третьем этапе подбирались и анализировались метеорологические данные по количеству осадков и температурам воздуха за период с 1997 по 2017 гг. с МС «Тарбагатай». Проведена корреляция указанных гидротермических показателей с площадными характеристиками постоянных (образующихся ежегодно в одних и тех же местах) наледей, которая представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость интенсивности наледеобразования на малых реках (бассейн реки Куйтунка) от гидрометеорологических характеристик: А -- зависимость площадей наледей от осадков теплого периода; Б -- сравнение интенсивности наледеобразования с температурами холодного периода года; В -- динамика наледи на ключевом участке в долине реки Куналейка (шаг сетки 1 км).

В результате проведенного исследования разработана схема прогноза интенсивности наледеобразования, применимая для малых рек центральной части Селенгинского среднегорья, опирающаяся на следующие основные положения:

Интенсивность наледеобразования в наибольшей степени зависит от осадков теплого периода года.

Чрезвычайные ситуации, связанные с подтоплением населенных пунктов наледями возможны при сумме осадков теплого времени года более 200 мм, при повторяемости указанных экстремальных значений более 3 лет подряд;

Низкие температуры воздуха в холодный период года определяют время начала наледеобразования на малых реках, при этом на морфометрические показатели наледей значительного влияния не оказывают. Можно предположить, что длительные понижения температуры воздуха ниже отметки в 30°С, вызывающие промерзание грунтов до глубины свыше 3, приводят к последующим излиянием подземных вод с более глубоких водоносных горизонтов в рыхлых отложениях в пойменных частях речных долин.

Мощность снежного покрова влияет на условия промерзания грунтов, оказывая косвенное влияние на условия наледеобразования. При глубине снега в долинах рек более 60 см промерзание грунтов происходит на небольшую глубину, в результате чего излияния на поверхность подземных вод с глубин более 3 м не происходит.

Наиболее опасно сочетание гидротермических факторов, которое неизбежно приведет к подтоплению населенных пунктов это большое количество осадков с повторяемостью 3 года подряд с суммарными летними осадками выше 200 мм и температурами ниже 30°С в январе-феврале при мощности снежного покрова в пойменных частях речных долин менее 60 см.

Интенсивное развитие отдельных наледей при незначительном количестве осадков в теплое время года (менее 150 мм) связано с высокими температурами воздуха в теплый период года, что вызывает таяние очагов многолетний мерзлоты в долинах водотоков и пополнение за счет этого подземных вод.

Чрезвычайные ситуации, связанные с потерей стока малых рек в засушливый период в конце весны -- начале лета возникают при сокращении осадков теплого времени года ниже отметки 100 мм с повторяемостью не менее 3 лет подряд.

Разработанная схема прогноза интенсивности развития наледей позволяет прогнозировать возникновение наледных угроз для населенных пунктов в долинах малых рек Цаган-Дабана в октябре-ноябре, что весьма важно с точки зрения превентивных мер по защите населения от чрезвычайных ситуации. Схема имеет практическое значение и может быть использована органами муниципальной власти Тарбагатайского, Заиграевского и Мухоршибирского районов Республики Бурятия. Так, на сегодняшний день можно утверждать, что в зимний период и весной 2018 года интенсивного развития наледей на указанной территории не ожидается. В весенний период по окончании половодья будет наблюдаться катастрофически низкий сток на малых реках, что повлечет за собой нехватку водных ресурсов для сельского хозяйства.

Литература

1. Баранов И.Я. Основные положения методики исследования наледей и инъекционных пучинных образований // Труды производства научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве Госстроя СССР. -- 1971. -- с. 6-51.

2. Гидрогеологическая карта Бурятской АССР. Министерство геологии СССР. ВСЕГИНГЕО. Под ред. А.И. Ефремова. 1966.

3. Многолетние колебания стока рек в бассейне р. Селенги / Н.Л. Фролова, П.А. Белякова, В.Ю. Григорьев, А.А. Сазонов и др. // Водные ресурсы, 2017, том 44, № 3, с. 243-255.

Размещено на Allbest.ru