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

Черных Владимир Николаевич; Спиридонов Егор Вячеславович; Мансурова Оксана Зуфаровна; Константинова Елена Александровна

УДК 551.345 (571.54)

ПРОГНОЗ НАЛЕДНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА МАЛЫХ РЕКАХ И РУЧЬЯХ В МЕЖГОРНЫХ КОТЛОВИНАХ ХРЕБТА ЦАГАН-ДАБАН

Работа выполнена при поддержке гранта БГУ

старший преподаватель, Бурятский государственный университет Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а E-mail: [email protected]

магистрант, Бурятский государственный университет Россия, 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а E-mail: [email protected]

магистрант, Иркутский государственный университет E-mail: [email protected]

студентка, Московский авиационный институт E-mail: [email protected]

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 наледеобразо-вание 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 рассматривае-

мой территории в 3-х районах Республики Бурятия (Тарбагатайский, Заиграев-ский, 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 инфильтра-ционного 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 Ьапс^аЬ 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 м3/с. 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

Порядок водотока Главные реки Всего

Селенга Уда Тугнуй

I 2 7 5 14

II 9 15 2 26

III 6 24 3 33

IV и ниже 4 65 3 72

Всего 21 111 13 145

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 Се-ленгинского среднегорья, опирающаяся на следующие основные положения:

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

2. 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;

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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 нау но-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 / H.J1. Фролова, П.А. Белякова, В.Ю. Григорьев, A.A. Сазонов и др. // Водные ресурсы, 2017, том 44, № 3, с. 243-255

FORECAST OF GLOBAL PHENOMENA ON SMALL RIVERS

AND LEADS IN INTERGROPED CATHEDRALS OF CAGAN-DABAN RIDGE

Vladimir N. Chernykh

senior lecturer of the Department of Ecology and Nature Management of the Buryat State University E-mail: [email protected]

Yegor V. Spiridonov

graduate student of the second year of training at the Faculty of Chemistry of the Buryat State University E-mail: [email protected]

Oksana Z. Mansurova

master student of the second year of training at the Irkutsk State University E-mail: [email protected]

Elena A. Konstantinova

student of the Moscow Aviation Institute

E-mail: [email protected]

The article of predicting the intensity of development of ice on small rivers in the intermontane basins of the Tsagan-Daban ridge is examined in the article on the basis of determining the dependence of their morphometric characteristics on the main hydrothermal factors. A retrospective analysis of the development of ice cover within the territory under consideration over the past 20 years is conducted with the identification of the direction of climate change.

Keywords: ice, ecosystems, precipitation, air temperature, groundwater, space images.

FORECAST OF GLOBAL PHENOMENA ON SMALL RIVERS AND LEADS IN INTERGROPED CATHEDRALS OF CAGAN-DABAN RIDGE

Текст научной работы на тему «Прогноз наледных явлений на малых реках и ручьях в межгорных котловинах хребта Цаган-Дабан»