Научная статья на тему 'Размытие мерзлых берегов северных рек в зависимости от направления берегового уклона'

Размытие мерзлых берегов северных рек в зависимости от направления берегового уклона Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
342
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КРИОЛИТОЗОНА / МЕРЗЛЫЙ ГРУНТ / ЛЬДИСТОСТЬ / БЕРЕГОВЫЕ ДЕФОРМАЦИИ / ПРОТАИВАНИЕ / ЭРОЗИЯ ПОЧВ / ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ / СНЕГОТАЯНИЕ / СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ / ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ / ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА / PERMAFROST / FROZEN SOIL / ICE CONTENT / COASTAL DEFORMATIONS / THAWING / SOIL EROSION / LABORATORY EXPERIMENT / SNOW MELTING / SOLAR RADIATION / HYDRAULIC ENGINEERING CONSTRUCTION / CLIMATE CHANGE

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Дебольский Владимир Кириллович, Грицук Илья Игоревич, Ионов Дмитрий Николаевич, Масликова Оксана Яковлевна

Проблемы гидротехнического строительства требуют расширения масштабов исследований деструктивных береговых процессов водных объектов, находящихся на территории криолитозоны. Предмет исследования: склоны рек, расположенные в зоне многолетнемерзлых пород, и основные возможные процессы на них, происходящие под воздействием различных сезонных факторов. Цели: исследование термоэрозионных склоновых процессов многолетнемерзлых пород с учетом гидромеханических и термодинамических факторов и разработка основных характеристик этих процессов, а также построение единой модели, позволяющей оценивать и прогнозировать влияние сезонных условий (в том числе весеннего снеготаяния и воздействия солнечной радиации) на возможные деструктивные береговые процессы на водных объектах, находящихся на территории криолитозоны. Материалы и методы: теоретический анализ и обобщение известных достижений в области гидрологии и гляциологии, теории склоновых процессов, транспорта наносов, механики мерзлых грунтов, фильтрации. В качестве фактического материала использовались результаты лабораторных экспериментов, проведенных в гидравлической лаборатории РУДН на установке, позволяющей имитировать дождевые потоки, измеряя скорость и количество инфильтрационных потоков, а также количество бокового стока, который может образовываться в случае мерзлого или частично оттаявшего грунта. Различная структура грунта получалась разными способами его замораживания или введения прослоек льда. Такие исследования в лабораторных условиях проводились впервые. Результаты и выводы: предложена методика прогноза процесса термоэрозии с учетом воздействия естественных сезонных условий на многолетнемерзлые породы. Исследовано влияние направления берегового уклона на скорость оттаивания почв под воздействием солнечной радиации. Показано, что влияние ультрафиолетовых лучей (УФ) на снеготаяние носит отличный от влияния инфракрасных (ИК) лучей характер, так как первые УФ имеют способность проникать вглубь непрозрачных веществ и преобразовываться в тепловые потоки внутри снежной толщи. При этом облачность является задерживающим фактором только для ИК участка спектра. Экспериментально показано, что зависимость размыва твердого вещества от угла уклона (при прочих равных) будет иметь степенной (4/3) вид. Протаивание и эрозия мерзлых берегов водных объектов пропорциональны квадратному корню от времени. Линейный коэффициент зависит от характера породы, льдистости, температуры окружающей среды и температуры потока. На основе полученных результатов возможно дать практические рекомендации по предотвращению и уменьшению негативного влияния исследуемых деструктивных процессов, что особенно актуально для тех районов, где ведется интенсивное гидротехническое строительство.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Дебольский Владимир Кириллович, Грицук Илья Игоревич, Ионов Дмитрий Николаевич, Масликова Оксана Яковлевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Erosion of the frozen riversides of the northern rivers depending on the direction of the coastal slope

The problems of hydraulic engineering require expansion of the scale of research on destructive coastal processes of water bodies located on the territory of the permafrost. Subject: of research in this article are the slopes of the rivers located in the zone of frozen rocks, and the main possible processes on them, occurring under the influence of various seasonal factors. The aim of this work is to study the thermo erosion slope processes of permafrost with allowance for hydromechanical and thermodynamic factors and the development of the main characteristics of these processes, as well as the construction of a single model that allows estimating and predicting the effect of seasonal conditions (including spring snowmelt and exposure to solar radiation) on possible destructive coastal processes at water bodies located on the territory of the permafrost zone. Materials and methods: theoretical analysis and generalization of known achievements in the field of hydrology and glaciology, the theory of slope processes, sediment transport, mechanics of frozen soils, and filtration. As a factual material, the data of laboratory experiments carried out in the PFUR hydraulic laboratory on a facility that allows varying rain currents of varying intensity, while measuring both the rate and number of infiltration flows, and the amount of side flow in the case of frozen or partially thawed soil, that were used as factual material. A various soil structure was modeled by freezing or introducing ice interlayers. Such studies in the laboratory were conducted for the first time. Results and conclusions: a method for predicting thermo-erosion is proposed taking into account the effect of seasonal conditions on permafrost. The influence of the direction of the coastal incline on the rate of thawing of soils under the influence of solar radiation is studied. The influence of ultraviolet rays on snow melting is different from the influence of infrared rays, since short waves (UV) penetrate deep into opaque substances and are transformed into heat fluxes within the snow layer. Cloudiness is a deterrent only for the IR portion of the spectrum. It has been shown experimentally that the dependence of the erosion of solid matter on the slope angle (other things being equal) will have a exponent (4/3) form. Thawing and erosion of frozen water bodies are proportional to the square root of time. The linear coefficient depends on the nature of the rock, ice content, ambient temperature and flow temperature. On the basis of the results obtained, it is possible to give practical recommendations for preventing and reducing the negative impact of the destructive processes under investigation, which is especially important for those areas where intensive hydrotechnical construction is being carried out.

Текст научной работы на тему «Размытие мерзлых берегов северных рек в зависимости от направления берегового уклона»

ГИДРАВЛИКА. ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОЛОГИЯ. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 532.517.3+ 504.47 DOI: 10.22227/1997-0935.2018.9.1112-1124

Размытие мерзлых берегов северных рек в зависимости от направления берегового уклона1

В.К. Дебольский1, И.И. Грицук1,2, Д.Н. Ионов1, О.Я. Масликова1

'Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН), 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3; 2Российский университет дружбы народов (РУДН), 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

АННОТАЦИЯ: проблемы гидротехнического строительства требуют расширения масштабов исследований деструктивных береговых процессов водных объектов, находящихся на территории криолитозоны. Предмет исследования: склоны рек, расположенные в зоне многолетнемерзлых пород, и основные возможные процессы на них, происходящие под воздействием различных сезонных факторов.

Цели: исследование термоэрозионных склоновых процессов многолетнемерзлых пород с учетом гидромеханических и термодинамических факторов и разработка основных характеристик этих процессов, а также построение единой модели, позволяющей оценивать и прогнозировать влияние сезонных условий (в том числе весеннего снеготаяния и воздействия солнечной радиации) на возможные деструктивные береговые процессы на водных объектах, находящихся на территории криолитозоны.

Материалы и методы: теоретический анализ и обобщение известных достижений в области гидрологии и гляциологии, теории склоновых процессов, транспорта наносов, механики мерзлых грунтов, фильтрации. В качестве фактического материала использовались результаты лабораторных экспериментов, проведенных в гидравлической лаборатории РУДН на установке, позволяющей имитировать дождевые потоки, измеряя скорость и количество ин-фильтрационных потоков, а также количество бокового стока, который может образовываться в случае мерзлого или частично оттаявшего грунта. Различная структура грунта получалась разными способами его замораживания или g ® введения прослоек льда. Такие исследования в лабораторных условиях проводились впервые.

> (А Результаты и выводы: предложена методика прогноза процесса термоэрозии с учетом воздействия естественных

2 — сезонных условий на многолетнемерзлые породы. Исследовано влияние направления берегового уклона на скорость

оттаивания почв под воздействием солнечной радиации. Показано, что влияние ультрафиолетовых лучей (УФ) на (О ф снеготаяние носит отличный от влияния инфракрасных (ИК) лучей характер, так как первые УФ имеют способность

проникать вглубь непрозрачных веществ и преобразовываться в тепловые потоки внутри снежной толщи. При этом О J2 облачность является задерживающим фактором только для ИК участка спектра.

I- Экспериментально показано, что зависимость размыва твердого вещества от угла уклона (при прочих равных) будет

иметь степенной (4/3) вид.

Протаивание и эрозия мерзлых берегов водных объектов пропорциональны квадратному корню от времени. Линейный коэффициент зависит от характера породы, льдистости, температуры окружающей среды и температуры потока. ю На основе полученных результатов возможно дать практические рекомендации по предотвращению и уменьшению

= от негативного влияния исследуемых деструктивных процессов, что особенно актуально для тех районов, где ведется

О ш интенсивное гидротехническое строительство.

о ^

§ О КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: криолитозона, мерзлый грунт, льдистость, береговые деформации, протаивание, эрозия

почв, лабораторный эксперимент, снеготаяние, солнечная радиация, гидротехнические сооружения, изменение климата

о со

гм £ ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Дебольскии В.К., Грицук И.И., Ионов Д.Н., Масликова О.Я. Размытие мерзлых берегов

2 ^ северных рек в зависимости от направления берегового уклона // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 9. С. 1112-1124.

ОТ i= DOI: 10.22227/1997-0935.2018.9.1112-1124

CL от

8 I Erosion of the frozen riversides of the northern rivers depending

<35 "

СЧ N

СП cn К Ш

СП СП

on the direction of the coastal slope

<u

к

z ot Vladimir K. Debolsky1, Iliya I. Gritsuk1, 2, Dmitry N. Ionov1, Oksana J. Maslikova1

ot T3 1 Water problem institute of RAS, 3 Goubkina st., Moscow, 119333, Russian Federation

g 2 Peoples'Friendship University of Russia (RUDN University),

2 6Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

Jj) ABSTRACT: the problems of hydraulic engineering require expansion of the scale of research on destructive coastal

O processes of water bodies located on the territory of the permafrost.

E Subject: of research in this article are the slopes of the rivers located in the zone of frozen rocks, and the main possible

S processes on them, occurring under the influence of various seasonal factors. The aim of this work is to study the thermo

erosion slope processes of permafrost with allowance for hydromechanical and thermodynamic factors and the development

о a)

И > 1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проекты № 16-08-00595, № 18-05-00178.

1112

© В.К. Дебольский, И.И. Грицук, Д.Н. Ионов, О.Я. Масликова, 2018

of the main characteristics of these processes, as well as the construction of a single model that allows estimating and predicting the effect of seasonal conditions (including spring snowmelt and exposure to solar radiation) on possible destructive coastal processes at water bodies located on the territory of the permafrost zone.

Materials and methods: theoretical analysis and generalization of known achievements in the field of hydrology and glaciology, the theory of slope processes, sediment transport, mechanics of frozen soils, and filtration. As a factual material, the data of laboratory experiments carried out in the PFUR hydraulic laboratory on a facility that allows varying rain currents of varying intensity, while measuring both the rate and number of infiltration flows, and the amount of side flow in the case of frozen or partially thawed soil, that were used as factual material. A various soil structure was modeled by freezing or introducing ice interlayers. Such studies in the laboratory were conducted for the first time.

Results and conclusions: a method for predicting thermo-erosion is proposed taking into account the effect of seasonal conditions on permafrost. The influence of the direction of the coastal incline on the rate of thawing of soils under the influence of solar radiation is studied. The influence of ultraviolet rays on snow melting is different from the influence of infrared rays, since short waves (UV) penetrate deep into opaque substances and are transformed into heat fluxes within the snow layer. Cloudiness is a deterrent only for the IR portion of the spectrum.

It has been shown experimentally that the dependence of the erosion of solid matter on the slope angle (other things being equal) will have a exponent (4/3) form.

Thawing and erosion of frozen water bodies are proportional to the square root of time. The linear coefficient depends on the nature of the rock, ice content, ambient temperature and flow temperature.

On the basis of the results obtained, it is possible to give practical recommendations for preventing and reducing the negative impact of the destructive processes under investigation, which is especially important for those areas where intensive hydrotechnical construction is being carried out.

KEY WORDS: permafrost, frozen soil, ice content, coastal deformations, thawing, soil erosion, laboratory experiment, snow melting, solar radiation, hydraulic engineering construction, climate change

FOR CITATION: Debolsky V.K., Gritsuk I.I., lonov D.N., Maslikova O.Ya. Razmytie merzlykh beregov severnykh rek v zavisimosti ot napravleniya beregovogo uklona [Erosion of the frozen riversides of the northern rivers depending on the direction of the coastal slope]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 9, pp. 1112-1124. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.9.1112-1124

e е

<D (D t О

i G Г

С" c У

ВВЕДЕНИЕ

Мерзлые льдосодержащие грунты в криоли-тозоне обладают следующей особенностью — при оттаивании они резко теряют свои прочностные свойства. За счет воздействия эродирующих сред, которые активизируются в период весеннего потепления, это приводит к деструктивным процессам.

Уклон берегового рельефа играет ключевую роль в формировании микроклимата региона, что непосредственно сказывается на различном характере весенних деформаций противоположных склонов рек. Исследования показали, что южные склоны в Северном полушарии (как и северные в Южном полушарии) получают гораздо больше прямого света от солнца, чем противоположные склоны. Следовательно, температура слагающего их состава повышается в течение длительных периодов времени, обеспечивая более теплый микроклимат, чем в районах, расположенных вблизи этих склонов.

Склоны с северной и с западной сторон водоема большее количество времени освещены солнцем, что приводит к интенсивному снеготаянию в весенний период, в то время как в теневой стороне нерастаявший снег создает препятствие для оттаивания грунта. Один и тот же водный поток размывает подводную часть с одинаковой интенсивностью, созда-

вая ниши, а надводная часть склона в этих условиях ведет себя по-разному. Все это надо учитывать при прогнозировании деструктивных склоновых процессов в весенний период.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Решению проблем гидротехнического строительства и берегоукрепления в криолитозоне посвящены многие исследования эрозии берегов северных рек. Еще Лоулер (1986 г.) отмечал, что в эрозии замерзающих берегов наблюдается сильная сезонность, причем почти все основные подготовительные процессы происходят в зимние месяцы. Критическое разрушение структуры материала берега часто происходит зимой с последующим обрушением в периоды потепления. Меньшая речная эрозия происходит в незамерзающих регионах, что опровергает теорию о большей устойчивости мерзлых грунтов [1].

Роль изменяющихся климатических условий при деградации мерзлоты была исследована на границе сплошной и прерывистой вечной мерзлоты в нижнем течении Енисея в работе [2]. Для определения потенциальных источников воды на водоразделах трех различных параметров различных ландшафтных условий в течение двух лет были собраны образцы речного стока, осадков, снежного покрова

о

0 CD CD

1

(О сл

CD CD 7

О 3 о

о ( t r a i

r 2

S м

3 Й

>< о

f -

CD

О CD

0 о

По

1 i П =J

CD CD CD

ем

• w

W Ы

s □

s у с о

w w ,,

О О л -А

00 00

со во

г г

О О

СЧ СЧ

СП СП

К (V

и 3 > (Л

С (Л

2 "" 00 (О

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ш

г

<и <и

С С

1= ™

О и]

о ^ о

со О

СО ч-

4 °

о

со -Ъ

ГМ £

га

со О О) "

О)

2 от (Л £= <Л тз — <и <и о о

С <Я

■а

и состава мерзлой почвы. Было установлено, что повышение температуры воздуха за последние сорок лет привело к снижению степени зимнего промерзания и деградации мерзлоты, это показали измерения температуры почвы, мониторинг вечной мерзлоты и активного слоя, и анализ спутниковых изображений. Происходит увеличение влагоемкости почв в криолитозоне и возрастание количества неза-мерзших грунтовых вод в речные сбросы в зимние месяцы. Постепенное снижение толщины слоя сезонного промерзания позволяет накапливать достаточное количество влаги в течение зимнего периода, в результате чего зимние выбросы зависят от количества летних осадков. Влияние изменения климата на деградацию мерзлоты было описано также в труде [3] для озер-водосборников, где было показано, что в идеальном сценарии значительное увеличение сброса подземных вод в потоки, вероятно, произойдет в ответ на деградацию вечной мерзлоты из-за климата.

В статье [4] отмечены перспективные достижения в области моделирования районов вечной мерзлоты и представлены текущие исследовательские задачи по прогнозированию гидрологических и экологических последствий оттаивания вечной мерзлоты во временных и пространственных масштабах. Ожидается, что потепление климата и связанные с ним факторы изменения температуры почвы изменят распределение вечной мерзлоты, что приведет к изменениям гидрологических условий, включая изменения влажности почвы, связность внутренних вод, сезонность потока и разделение подземных и наземных водных систем. Однако получение прогностической способности многих взаимосвязанных последствий изменения климата является постоянной проблемой из-за многих факторов, таких как нестабильность мерзлоты, отсутствие натурных данных за длительный период и упрощение представления процессов криогидрогеологического моделирования.

Цель исследования [5] состояла в определении процессов генерации стока в холодный период и сравнении с таковым в весенний период в субарктическом канадском бассейне. Использовались традиционные гидрометрические методы в сочетании с моделированием и гидрохимией. Было показано, что процессы генерации стока не различаются между весенними и зимними, но их периоды различаются. Кроме того, периоды, в которых активируются и дезактивируются определенные фазы стока, различны.

В работе [6] изучено влияние льда и мерзлоты на геоморфологию аллювиального русла на примере одной арктической реки в северной части Аляски (США), где обнаружены сильные изменения геометрии потока, которые могут быть однозначно объяснены влиянием льда и вечной мерзлоты на форму локального канала. Было показано, что лед и вечная

мерзлота изменяют движущие и противодействующие силы в подледных потоках, ответственных за формирование локальных поперечных сечений канала, а ледяное покрытие на мелководных каналах может снижать размыв при снеготаяниях, в то время как ледяное покрытие в более глубоких каналах может изменять гидравлическую систему потока.

Публикации по экологии [7] касаются связанных с изменением климата биохимических процессов. Арктическое потепление может привести к выделению огромных количеств органического углерода почвы из оттаивающего грунта, что проявится в составе органического углерода в северных реках и в прибрежных районах Арктики. Для выяснения возможных транспортных путей органического углерода была измерена радиоуглеродная композиция для растворенного органического углерода, органического углерода в виде частиц и отложений из бассейнов рек Маккензи, Сагаваниркток и Юкон, а также были проведены эксперименты по выщелачиванию почв. Эти наблюдения позволяют сделать прогноз о том, что таяние вечной мерзлоты будет проявляться в количестве частиц углерода в арктических реках, тогда как изменение растворенного органического углерода изменит экологию растений. Термоэрозионный размыв берегов арктических рек в условиях криолитозоны обусловлен совместным действием термической и механической составляющих движущейся воды [8, 9]. В исследовании [10] сообщается об обнаружении большого термоэрозионного туннеля, который сформировался на северо-востоке Гренландии летом 2015 года. Хотя информации было недостаточно, эти данные дают представление о редком событии, влияющем на вечную мерзлоту, местную геоморфологию и среду обитания. С усилением климатических изменений в арктических регионах прогнозируется повышенная деградация вечной мерзлоты и увеличение температуры воды в реках, что повышает потенциал развития термоэрозионной ниши и связанного с ней обрушения берега. Это изменение может иметь значительные последствия для физико-химической среды и, в свою очередь, потоков бентосных сообществ путем изменения условий водной среды обитания.

Во многих работах описаны дистанционные методы анализа разрушений прибрежных склонов северных рек. На основе спутниковых данных X-Band со спутника TerraSAR-X (TSX) с высокой пространственно-временной разрешающей способностью для количественной оценки эрозии мерзлого склона в районе центральной дельты Лены показано, как арктическое потепление приводит к существенным изменениям в вечной мерзлоте, включая быструю деградацию ледяных берегов рек [11]. В другой работе [12] приводится описание арктической реки на Аляске, где с помощью аэрофотосъемки высокого разрешения проведен регио-

нальный мониторинг эрозии и показана эффективность такого метода для дальнейшего наблюдения за берегами. В исследовании [13] также использовалось дистанционное зондирование и наблюдение за полем размыва для оценки закономерностей и темпов эрозии берега на реке Иткиллик на севере Аляски. Процесс эрозии и стабилизации берегов реки, по данным авторов, включает в себя три основных этапа, характерных для районов с ледяной вечной мерзлотой: 1) термическая эрозия, связанная с термической денудацией; 2) термическая денудация; 3) стабилизация склона.

Термокарстовым озерам, подверженным осушению вследствие изменения климата, уделено большое внимание [14]. К северу от озера Тешек-пук (Аляска) в настоящее время термальные озера занимают 22,5 % ландшафта, а осушенные термокарстовые озера — 61,8 %. Сильные зимние снегопады и обильные ранние сезонные осадки привели к повышенным уровням воды в озерах, что способствовало увеличению размыва ландшафта, эрозии ледяного клина и формированию дренажной канавы, что привело к катастрофическому размыву ложа озера.

Роль льдистости в составе материала склона рек рассмотрена в статье [15], где представлены уникальные данные о тепловых режимах речных берегов, а также редкая информация о морфологических свойствах и характеристиках игольчатого льда. Были идентифицированы четыре механизма прямого переноса игольчатого ледяного осадка на берегах рек: прямое осаждение частиц, русловые осадки, скользящие откаты и обрушения. Тем не менее подчеркивается косвенная подготовительная роль игольчатого льда и усиленная речная эрозия, связанная с предшествующим замораживанием материала берега.

Также роль льдистости была изучена авторами [16], где в лабораторных экспериментах исследовали влияние содержания льда и механического воздействия потока воды на оттаивание и эрозию невязких мерзлых грунтов. Было идентифицировано критическое содержание льда, выше которого термическая эрозия приводит к абляции. Модель абляции применима к рекам с несвязным материалом берегов, высоким содержанием льда и подвержена воздействию скоростей потока. Эти результаты применимы только к предварительно замороженным пескам, так как даже небольшой процент связующего материала изменит описанные зависимости.

К. Скотт (K. Scott) [17] проводил натурные исследования рек на севере Аляски в период ежегодного весеннего паводка. Многолетняя мерзлота была названа как причиной крайней стабильности, так и необычной нестабильности на территории криолитозоны. Считалось, что вечная мерзлота упрощает изучение процессов, происходящих на реках северных регионов, за счет влияния на свойства

почв. Однако это привело к спектру несогласованных результатов.

Сравнение абсолютных скоростей боковой эрозии не представляется возможным, но вполне вероятно, что наличие мерзлоты заключается в создании большей стабильности склона, чем в нерегулируемых потоках аналогичного размера в незамороженных средах. Комбинации факторов, особенно тех, которые способствуют высоким темпам создания термоэрозионных ниш вымывания, могут вызывать критические эрозии, которые необходимо учитывать при проектировании работ в этих зонах. Автор также пришел к выводу, что скорость протаивания подводного берегового склона зависит от текстуры материала и температуры воды.

Наиболее полное теоретическое исследование движения фронта протаивания в зависимости от глубины размыва талого грунта для различных скоростей движения фронта эрозии проведено в работе [18]. Там же установлены закономерности процесса. При увеличении скорости фронта эрозии (рис. 1) происходит увеличение скорости фронта протаивания. При этом рост скорости фронта эрозии приводит к уменьшению толщины талой прослойки.

Роль солнечной радиации в процессе разрушения мерзлых берегов рек практически не изучена, тем не менее весеннее повышение температуры воздуха плюс резкое увеличение интенсивности радиации играют колоссальную роль в процессах таяния снега. В данных условиях образуются мощные талые потоки воды, которые вызывают не только наводнения, но и служат причиной смыва оттаявшего материала со склонов рек. Зачастую данные потоки бывают мощнее, чем сезонные ливни, поэтому пренебрегать этим явлением было бы неправильно. Практически процесс весеннего оттаивания происходит в течение нескольких суток, и весь снег толщиной до нескольких метров, накопившийся за зимний период, резко превращается в потоки воды, провоцируя интенсивные береговые процессы.

В исследовании [19] представлен большой набор данных по вытаиванию льда с ледника во французских Альпах. Показано, что высокая пространственная изменчивость абляции льда сильно зависит от потенциальной солнечной радиации. С другой стороны, временные вариации сильно коррелируют с температурами воздуха, но плохо коррелируют с входящим коротковолновым излучением. Таким образом, пространственные вариации абляции льда в основном обусловлены потенциальной солнечной радиацией, а временные колебания обусловлены температурой.

Роль солнечной радиации в процессах весеннего снеготаяния рассмотрена в труде [20]. В значительной части весеннего ландшафта арктических регионов преобладает неоднородный снежный покров, образующийся вследствие пространственных

e е

(D (D

t О

i Н G Г

С" с У

(О сл

CD CD

ö 3 о cj

О ( t r a i

r 2

S м

3 Й

>< о

f -

co

о cd

0 О

1 i n =J CD CD CD

ем

ü w

w Ы s □

s у с о

ü ü ,,

О О л -А

00 00

со во

г г О О

СЧ СЧ

СП СП К (V U 3 > (Л С (Л 2 "" (0 м

от

га

Рис. 1. Динамика фронтов эрозии (1', 2', 3') и протаивания (1, 2, 3) при различных значениях коэффициента теплопроводности

Fig. 1. Dynamics of erosion fronts (1', 2', 3') and thawing (1, 2, 3) for different values of the coefficient of thermal conductivity

Ш

г

<D <U CZ £=

1= '«?

О ш

о ^

О

CD О CD 44 °

о

CO

ГМ £

CL ОТ

со О О) "

О) ? °

Z от ОТ £=

ОТ ТЗ — ф

ф

о о

С w ■8

различий в сроках снеготаяния. В данной статье основное внимание уделяется влиянию солнечной радиации на снеготаяние с использованием модели маломасштабной неоднородности солнечной радиации, по-разному падающей на поверхность земли из-за топографических различий. При незначительном изменении уклона рельефа (около 3°) исследуемой области результаты воздействия солнечной радиации изменяются до 10 %. Анализ изменения масштаба модели показал, что эта изменчивость сглаживается для больших размеров сетки. Результаты показывают, что мелкомасштабная изменчивость солнечной радиации в значительной степени способствует мозаичным узорам при таянии снежных покровов арктических районов, влияет на сроки и количество образования талой воды.

В исследовании [21] использовалось GIS-моделирование поступающей солнечной радиации для количественной оценки пространственно-временных откликов среднемесячной температуры годового периода на восточном побережье Швеции. Прямые связи между солнечной радиацией и температурой, проявляющиеся в течение вегетационного периода в снежном покрове нарушаются в периодах снеготаяния. Это исследование показывает, что линейность между инсоляцией и температурой: 1) может быть действительна только для уровней солнечного излучения выше определенного порога;

2) зависит от потребления входящего излучения во время таяния снега.

Целью работы [22] был анализ влияния наличия склона на реакцию снежного покрова на потепление климата в Пиренеях. Данные с пяти автоматических метеорологических станций были использованы для создания модели для корректировки входящих радиационных потоков различных вариантов (параметров) уклона (Ы, ЫЕ, Е, SE, S, SW, W, NW и плоские области), что позволило оценить дифференциальное воздействие потепления климата на снежные процессы на горных склонах. Результаты показали, что параметр уклона отвечал за существенную изменчивость в накоплении снега и продолжительности существования снежного покрова. Наблюдалось явное повышение чувствительности снежного покрова к потеплению климата на тех склонах, которые подвержены интенсивному солнечному облучению (уклоны S, SE и SW) по сравнению с теми склонами, где падающее излучение было более ограниченное (склоны Ы, ЫЕ и Ы^. Наблюдалась также большая межгодовая изменчивость. Таким образом, чувствительность снежного покрова к температуре снижалась, особенно на склонах, обращенных к югу.

В публикации [23] изучено влияние поверхностной пыли или пепла на скорости снеготаяния, включая изменения альбедо и температуры. Тол-

стыи слои пепла, низкая солнечная радиация и высокая скорость ветра замедляют снеготаяние, а тонкий покрывающий слой, интенсивное солнечное излучение и низкая скорость ветра увеличивают скорость снеготаяния.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Гидрологическое моделирование снежного покрова в альпийских средах остается затруднительным из-за сложности процессов. В исследовании [24] рассматривается влияние снеготаяния на гидрологический отклик водосбора, расположенного в швейцарских Альпах. Было рассмотрено, как распределение снега и транспортировка талой воды внутри снежного покрова влияют на динамику стока. Показано, что более неоднородный снежный покров приводит к более быстрому импульсу стока, возникающему на поверхности покрова, в то время как большой период таяния (порядка месяца) вызван снегом из более глубоких областей.

В солнечные дни даже в тени присутствует ультрафиолетовая составляющая солнечной радиации. В труде [25] приведены результаты экспериментов по исследованию действия ультрафиолетовой и инфракрасной составляющих на снежный покров. Очевидно, что разные склоны одновременно могут испытывать различные воздействия — склон, обращенный к солнцу, будет подвергаться практически фронтальному инфракрасному влиянию, и, таким образом, протаивать гораздо быстрее. Через некоторое время, пропорционально мощности солнечного излучения, он будет свободен от снега и уже размыт (так как интенсивно тающие снежные пласты генерируют довольно мощные талые потоки, которые деформируют склон), в то время как на противоположном склоне, теневом, еще будет лежать снег. При этом ультрафиолетовые лучи, для которых облачность не является задерживающим фактором, присутствуют даже в пасмурные дни, и они будут воздействовать на оба склона.

В работе [26] рассмотрено снеготаяние в зависимости от интенсивности солнечного излучения и угла падения солнечных лучей. Различная интенсивность снеготаяния генерирует соответствующие склоновые потоки, которые вызывают размыв и служат вторичным источником протаивания. Так как склоны в период снеготаяния оказываются в неравных условиях, то и разрушения их проходят по-разному. Теневой склон из-за наличия снега оказывается более заморожен, сцементирован. Его протаивание в связи с этим задерживается на многие недели.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В лаборатории гидравлики РУДН была проведена серия экспериментов по изучению влияния снежного покрова на деформации склона. Преимущество лабораторного эксперимента перед натурными наблюдениями заключается в возможности исследования влияния одного параметра на модель склона при неизменных остальных параметрах, а также в том, что мы можем приостановить эксперимент, изъять часть объекта и зарегистрировать изменения в модели.

На рис. 2 представлены изменения под влиянием потока двух изначально одинаковых образцов замороженного грунта через одно и то же время. В первом случае образец был покрыт снегом, во втором — снегом покрыт не был и подвергался воздействию окружающей температуры.

В том месте, где поток соприкасался с грунтом, произошел значительный размыв. На участке, который не был покрыт снегом, оттаявшая выше уровня воды порода подвергалась воздействию температуры окружающей среды и разрушению за счет про-таивания и образования склоновых потоков.

Из литературы известно, что на процесс снеготаяния влияют две составляющие: конвективная

e е

(D (D t О

i G Г

С" с У

(О сл

Рис. 2. Изменение идентичных образцов замороженного грунта под действием потока и температуры окружающей среды в зависимости от наличия снежного покрова на поверхности

Fig. 2. Change of identical samples of frozen soil, depending on the presence of snow cover on the surface

CD CD

о 3 о cj

о ( t r a i

r 2

S м

3 Й

>< о

f -

CD

О CD

0 о

1 i n =J CD CD CD

ем

• w

W Ы

s □

s у с о

w w ,,

2 2

О О

л -А

00 00

со во

г г О О

СЧ СЧ

СП СП К (V U 3 > (Л С (Л 2 "" (0 м

ш

ф

ф ф

cz с

1= ¥

О и]

о ^ о

со О

СО ч-

4 °

о

со -Ъ

ГМ £

от

га

и радиационная. Можно добавить сюда и механическую составляющую, представленную дождевыми потоками. Первая присутствует всегда, когда температура воздуха поднимается выше нуля градусов, исследование третьей проводилось в гидравлической лаборатории на дождевальной установке, позволяющей задавать потоки различной интенсивности, одновременно измеряя мощность и количество инфильтрационных потоков, складывающихся из заданной мощности дождя и количества растаявшего снега. Результаты этих экспериментов приведены авторами [27, 28].

Исследования влияния радиационной составляющей проводились там же [25, 26]. Были поставлены эксперименты с воздействием на снежный покров инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. В процессе эксперимента измерялись количества тающего снега в реальном времени. Измерения проводились при примерно одинаковой мощности ламп (100 Вт), что дало возможность выявить разницу воздействия разной длины излучений на снеготаяние при прочих равных условиях (температура окружающей среды, плотность и структура снега, толщина снежного покрова). Также при этих же условиях проводился эксперимент со свободным (без воздействия излучения) таянием.

В результате были получены графики зависимости снеготаяния исключительно от воздействия УФ- и ИК-радиации путем вычитания из полученных экспериментально зависимостей графика свободного (конвективного) таяния (рис. 3 — участок возрастания объема таяния).

Таким образом, объем таяния снега возрастает от времени при постоянном воздействии ламп. Это связано с изменяющейся структурой снега. Как видно из графиков, этот объем носит экспоненциальный характер. Экспериментально было получе-

но выражение для интенсивности снеготаяния при фронтальном падении источника радиации:

I -pz

M = (1 - A),

(1)

где в — коэффициент экстинкции [26, 28, 29]; А — альбедо снежного покрова. Для естественных условий должна делаться поправка на угол падения солнечных лучей, известный для определенной местности в определенное время года.

Далее, в прямоугольном лотке циркуляционного действия были проведены экспериментальные исследования связи протаивания подводного склона и темпов береговой эрозии. Эксперименты проводились для смоченного замороженного грунта (аналог подводного склона в условиях криолитозоны) и для естественного замороженного (аналог надводного склона в тех же условиях). Были проведены замеры оттаивания и эрозии в течение времени, построены графики протаивания грунта различной заморозки и графики размыва для каждого эксперимента в зависимости от времени. Полученные графики однозначно интерполируются логарифмической зависимостью (рис. 4).

Из графиков видно, что начало эрозии (размыва) происходит спустя некоторое время после начала протаивания, а скорость эрозии значительно отстает от скорости протаивания минимум в два раза. Протаивание замороженного естественного грунта и замороженного смоченного (например, такой грунт образуется ниже уреза воды в самом потоке, замерзая вместе с ним) отличаются примерно в полтора раза. Хотя скорость протаивания смоченного и замороженного грунтов отличается, размыву подвергается только участок, находящийся в воде. Верхняя, надводная часть склона, подвергается проседанию.

CL ОТ

« I

со О

О) "

а> ? °

Z от ОТ £=

ОТ ТЗ — ф

ф

о о

С W

■а ii

il

О (Л

Рис. 3. Объемы снеготаяния под влиянием УФ (нижняя линия) и ИК (верхняя линия) участков спектра (без воздействия тепловой составляющей)

Fig. 3. Volumes of snow melting under the influence of UV (bottom line) and IR (top line) sections of the spectrum (without exposure to the thermal component)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Рис. 4. Движение фронта протаивания (логарифмическая аппроксимация): пунктирная линия — для смоченного грунта; точечная — для естественного влажного; сплошная линия — движение фронта эрозии

Fig. 4. Motion of thawing front (logarithmic approximation): dashed line — for wetted soil; spot — for natural wet; а continuous line is the movement of the erosion front

Рис. 5. Графики зависимости скорости эрозии от времени для угла 27° — нижняя линия; для 40° — средняя линия; для 50° — верхняя линия

Fig. 5. Graphs of the dependence of the rate of erosion on time for an angle of 27° — the bottom line; for 40° — the middle line; for 50° — the top line

Графики зависимости скорости эрозии при разных углах уклона представлены на рис. 5.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

5 = 2,4-10-

U3

ghw ( +10-6)'

(2)

e е

(D (D t О i

G Г

S З

о

0 CD CD

1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где — количество смытого с участка вещества; и — средняя скорость потока; h — глубина потока; Ранее [27] была получена формула для транс- w — гидравлическая крупность незамерзшего мате-портирующей способности водного потока с учетом риала; i — льдистость за счет ледяных включений

изменения льдистости:

в долях единицы (д.е.).

со

(Q 2 о 1

О 9

cC 9 8 3 о (

t r a i

r

s м it

>< о

f -

CD

О CD

0 О

Но

1 i n =J CD CD CD

ем

W Ы s □

s у с о w w

22 о о

л л

00 00

Из формулы транспорта наносов (2) и формулы Дарси — Вейсбаха для потока на склоне с учетом льдистостп получаем формулу размыва твердого вещества поверхностным стоком [29]:

S = -

610"

1I&L

4 к1

-tg СО

(3)

где г/ — удельный расход склонового потока; /. — коэффициент сопротивления или потери энергии на трение по длине, определяется экспериментально; а — тангенс угла наклона берега.

Если сопоставить значения эрозии для различных углов уклона в одинаковые моменты времени (рис. 5), то можно увидеть, что зависимость этих

после которого начинается эрозия. В нашем случае это 0,662 = 0,44 часа, что соответствует 26 минутам. Действительно, примерно первые полчаса наблюдений размыва не происходило.

Коэффициент на аппроксимирующих прямых — это коэффициент ур, который нам удалось получить экспериментально.

При наличии потока движущейся воды береговой склон будет подвергаться механическому воздействию. Поэтому представляет интерес исследование термоэрозионных процессов с учетом взаимосвязи гидромеханических и теплофизических аспектов.

ВЫВОДЫ

со со

г г О О

СЧ СЧ

оГоГ

* ш О 3

> (П

с in 2 — СО

01 I

ф

ф ф

с с

О ш

о ^

О 2

CD О

CD 44 °

о со

см <я

от

го

значений будет описываться функцией tga3 с определенным коэффициентом. Значение этого коэффициента рассчитывается по уравнению (3). Таким образом, экспериментально подтверждена зависимость, полученная в теоретическом виде.

Как было отмечено [18], закон движения поверхности эрозии определяется из соотношения О = где а — коэффициент температуропроводности, а закон движения поверхности плавления мерзлого грунта из уравнения = Построив те же графики от ^ (час) получаем прямые линии (рис. 6).

Как видно из графиков, кривые теперь интерполируются линейной зависимостью. Коэффициент этой линейной зависимости для графика эрозии будет как раз коэффициент температуропроводности, (в нашем случае — примерно 0,6, что соответствует пескам с суммарной влажностью 0,1 по таблице). Свободный член 0,66 нам дает корень квадратный из времени запаздывания, т.е. времени.

1. Поскольку короткие волны (УФ) проникают вглубь непрозрачных веществ и преобразуются в тепловые потоки внутри снежной толщи, влияние этих лучей на снеготаяние носит отличный от влияния ПК-лучей характер. Облачность является задерживающим фактором только для ИК участка. Поэтому в дневные часы воздействие ультрафиолета на снеготаяние происходит при любой погоде (кроме дождливой), тогда как инфракрасное излучение действует непосредственно лишь в ясные дни.

2. Экспериментально показано, что зависимость размыва твердого вещества от угла уклона (при прочих равных) будет иметь степенной (4/3) вид. Таким образом, экспериментально подтверждена зависимость, полученная ранее в теоретическом виде.

3. Протаивание и эрозия мерзлых берегов водных объектов пропорциональны квадратному корню от времени. Линейный коэффициент зависит от характера породы, льдистости, температуры окружающей среды и температуры потока.

CL ОТ

« I

со О

О) CJ

СТ>

? о

СЯ

Z О) ОТ !=

от ^ — ф

ф

о о

С W

■в

Рис. 6. Зависимость эрозии (сплошная линия) и протаивания (пунктирная линия — естественный грунт, точечная -смоченный) от Vr, ч

Fig. 6. Dependence of erosion (solid line) and thawing (dashed line is natural soil, spot line is wetted soil) from Vf, h

Хотя мерзлота отличается чрезвычайной нестабильностью, тем не менее нет никаких оснований считать, что русла рек в криолитозоне с физической точки зрения отличаются от аналогичных русел в умеренных широтах. Просто в первом случае в уравнение добавляется дополнительная переменная — льдистость, и уравнения решаются с учетом реальных показателей окружающей среды (скорость ветра, температура, освещенность).

Полученные результаты исследования одной из составляющих единого термогидродинамического процесса (радиационное снеготаяние) являются необходимой частью общего прогноза влияния изменения климата на течение деструктивных криогенных процессов в зоне ММП.

ЛИТЕРАТУРА

1. Lawler D.M. River bank erosion and the influence of frost: a statistical examination // Transactions of the Institute of British Geographers. 1986. Vol. 11. Issue 2. Pp. 227-242. DOI: 10.2307/622008.

2. Streletskiy D.A., Tananaev N.I., Opel T., Shiklomanov N.I., Nyland K.E., Streletskaya I.D. et al. Permafrost hydrology in changing climatic conditions: seasonal variability of stable isotope composition in rivers in discontinuous permafrost // Environmental Research Letters. 2015. Vol. 10. Issue 9, p. 095003. DOI: 10.1088/1748-9326/10/9/095003.

3. WangX., Chen R., Yang Y. Effects of permafrost degradation on the hydrological regime in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers, China // Water. 2017. Vol. 9. Issue 11, p. 897. DOI: 10.3390/w9110897.

4. Walvoord M.A., Kurylyk B.L. Hydrologic impacts of thawing permafrost — a review // Vadose Zone Journal. 2016. Vol. 15. Issue 6. DOI: 10.2136/ vzj2016.01.0010.

5. Spence C., Kokelj S.A., Kokelj S.V., Hedstrom N. The process of winter streamflow generation in a subarctic Precambrian Shield catchment // Hydrological Processes. 2014. Vol. 28. Issue 14. Pp. 4179-4190. DOI: 10.1002/hyp.10119.

6. McNamara J.P., Kane D.L. The impact of a shrinking cryosphere on the form of arctic alluvial channels // Hydrological Processes. 2009. Vol. 23. Issue 1. Pp. 159-168. DOI: 10.1002/hyp.7199.

7. Guo L., Ping C.-L., MacdonaldR.W. Mobilization pathways of organic carbon from permafrost to arctic rivers in a changing climate // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34. Issue 13, L13603. DOI: 10.1029/2007gl030689.

8. Дебольская Е.И., Дебольский В.К., Гри-цук И.И., Масликова О.Я., Ионов Д.Н. Моделирование деформаций русел, сложенных мерзлыми породами, при повышении температуры окружающей среды // Лед и снег. 2013. Т. 53. № 1 (121). С. 104-110.

9. Котляков А.В., Грицук И.И., Масликова О.Я., Пономарев Н.К. Экспериментальное исследование влияния льдистости грунтов, слагающих русло рек, на динамику берегового склона // Лед и снег. 2011. № 2 (114). С. 92-98.

10. Docherty C.L., Hannah D.M., Riis T., Leth S.R., Milner A.M. Large thermo-erosional tunnel for a river in northeast Greenland // Polar Science. 2017. Vol. 14. Pp. 83-87. DOI: 10.1016/j.polar.2017.08.001.

11. Stettner S., Beamish A., Bartsch A., Heim B., Grosse G., Roth A. et al. Monitoring inter-and intra-seasonal dynamics of rapidly degrading ice-rich permafrost riverbanks in the Lena delta with TerraSAR-X time ^ ® series // Remote Sensing. 2017. Vol. 10. Issue 2, p. 51. П " DOI: 10.3390/rs10010051. ™ |

12. Payne C., Panda S., Prakash A. Remote sens- ^ С ing of river erosion on the Colville River, North Slope jjj Г Alaska // Remote Sensing. 2018. Vol. 10. Issue 3, p. С Q 397. DOI: 10.3390/rs10030397. $

13. Kanevskiy M., Shur Y., Strauss J., Jorgen- c son T., Fortier D., Stephani E. et al. Patterns and d _ rates of riverbank erosion involving ice-rich perma- 5' n frost (yedoma) in northern Alaska // Geomorphology. w ^ 2016. Vol. 253. Pp. 370-384. DOI: 10.1016/j.geo- | 7 morph.2015.10.023. ° 99

14. Jones B.M., Arp C.D. Observing a catastrophic о § Thermokarst lake drainage in Northern Alaska // Perma- t p frost and Periglacial Processes. 2015. Vol. 26. Issue 2. ee t Pp. 119-128. DOI: 10.1002/ppp.1842. П S

15. Lawler D.M. Needle ice processes and sedi- e N ment mobilization on river banks: the River Ilston, i з West Glamorgan, UK // Journal of Hydrology. 1993. О o Vol. 150. Issue 1, pp. 81-114. DOI: 10.1016/0022- C 6 1694(93)90157-5. § §

16. Dupeyrat L., CostardF., Randriamazaoro R., n О Gailhardis E., Gautier E., Fedorov A. Effects of ice con- n П tent on the thermal erosion of permafrost: implications $ С for coastal and fluvial erosion // Permafrost and Peri- g glacial Processes. 2011. Vol. 22, issue 2. Pp. 179-187. • DOI: 10.1002/ppp.722. l о

17. Scott K.M. Effects of permafrost on stream ^ I channel behavior in Arctic Alaska: Geological Survey I 3 professional paper. Vol. 1068. U.S. Govt. Print. Off., 3 В 1978. 19 p. DOI: 10.3133/pp1068. ^ §

18. Хусаинова З.Р. Теоретическое исследова- с о ние процессов термоэрозии и термокарста много- 9 9 летнемерзлых пород : автореф. дис. ... канд. физ. 22 мат. наук. Уфа, 2007. 19 c.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8 8

со во

г г О О

СЧ СЧ

СП СП К (V U 3 > (Л С (Л 2 "" (0 M

ш

19. Vincent C., Six D. Relative contribution of solar radiation and temperature in enhanced temperature-index melt models from a case study at Glacier de Saint-Sorlin, France // Annals of Glaciology. 2013. Vol. 54. Issue 63. Pp. 11-17. DOI: 10.3189/2013aog63a301.

20. Pohl S., Marsh P., Pietroniro A. Spatial-temporal variability in solar radiation during spring snow-melt // Hydrology Research. 2006. Vol. 37. Issue 1. Pp. 1-19. DOI: 10.2166/nh.2006.0001.

21. Vercauteren N., Lyon S.W., Destouni G. Seasonal influence of insolation on fine-resolved air temperature variation and snowmelt // Journal of Applied Meteorology and Climatology. 2014. Vol. 53. Issue 2. Pp. 323-332. DOI: 10.1175/jamc-d-13-0217.1.

22. Lopez-Moreno J.I., Revuelto J., Gila-berte M., Moran-Tejeda E., Pons M., Jover E. et al. The effect of slope aspect on the response of snow-pack to climate warming in the Pyrenees // Theoretical and Applied Climatology. 2013. Vol. 117. Issue 1-2. Pp. 207-219. DOI: 10.1007/s00704-013-0991-0.

23. Drake J.J. The effects of surface dust on snow-melt rates // Arctic and Alpine Research. 1981. Vol. 13. Issue 2. Pp. 219-223. DOI: 10.2307/1551197.

24. Brauchli T., Trujillo E., Huwald H., Lehning M. Influence of slope-scale snowmelt on catchment response simulated with the Alpine3D Mod-

Поступила в редакцию 25 июня 2018 г. Принята в доработанном виде 3 августа 2018 г. Одобрена для публикации 30 августа 2018 г.

el // Water Resources Research. 2017. vol. 53. issue 12. Pp. 10723-10739. DOI: 10.1002/2017wr021278.

25. Грицук И.И., Дебольский В.К.,. Масликова О.Я., Пономарев Н.К., Синиченко Е.К. Экспериментальное исследование влияния солнечной радиации на интенсивность снеготаяния // Вестник РУДН. Сер. : Инженерные исследования. 2015. № 1. С. 83-90.

26. Масликова О.Я. Экспериментальное исследование интенсивности снеготаяния на лабораторной модели // Природообустройство. 2016. № 1. С. 28-33.

27. Грицук И.И., Дебольская Е.И., Дебольский В.К., Масликова О.Я., Пономарев Н.К. Влияние осадков в виде дождя на деформации берегового склона русел рек в условиях многолетнемерзлых пород // Лед и снег. 2012. Т. 52. № 3 (119). С. 73-78. DOI: 10.15356/2076-6734-2012-3-73-78.

28. Грицук И.И., Дебольский В.К., Масликова О.Я., Пономарев Н.К., Синиченко Е.К. Лабораторное исследование снеготаяния как составляющей сезонного процесса деформаций русла // Вестник РУДН. Сер. : Инженерные исследования. 2013. № 3. С. 83-91.

29. Масликова О.Я., Козлов Д.В. Влияние зимних и весенних условий на размыв рек в криолито-зоне // Природообустройство. 2014. № 1. С. 54-59.

ф

ф Ф

cz Ç ^

О Ш

О ^ О

со О

СО ч-

4 °

о

со -Ъ

гм <л

от

га

ÛL от

« I

со О

О) ÇJ

СП ? °

Z CT ОТ £=

ОТ ТЗ — ф

ф

о о

С w

M

Об авторах: Дебольский Владимир Кириллович — доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией динамики русловых потоков и ледотермики, Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН), 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3, vdebolsky@mail.ru;

Грицук Илья Игоревич — кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН), 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3; Российский университет дружбы народов (РУДН), 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6, gritsuk_ii@pfur.ru;

Ионов Дмитрий Николаевич — кандидат технических наук, младший научный сотрудник, Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН), 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3; dima_ionov@mail.ru;

Масликова Оксана Яковлевна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН), 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3, oksana68@mail.ru.

REFERENCES

1. Lawler D.M. River bank erosion and the influence of frost: a statistical examination. Transactions of the Institute of British Geographers. 1986, vol. 11, issue 2, pp. 227-242. DOI: 10.2307/622008.

2. Streletskiy D.A., Tananaev N.I., Opel T., Shi-klomanov N.I., Nyland K.E., Streletskaya I.D. et al. Permafrost hydrology in changing climatic conditions: seasonal variability of stable isotope composition in rivers in discontinuous permafrost. Environmental Re-

search Letters. 2015, vol. 10, issue 9, p. 095003. DOI: 10.1088/1748-9326/10/9/095003.

3. Wang X., Chen R., Yang Y. Effects of permafrost degradation on the hydrological regime in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers, China. Water. 2017, vol. 9, issue 11, p. 897. DOI: 10.3390/ w9110897.

4. Walvoord M.A., Kurylyk B.L. Hydrologic impacts of thawing permafrost — a review. Vadose

Zone Journal. 2016, vol. 15, issue 6. DOI: 10.2136/ vzj2016.01.0010.

5. Spence C., Kokelj S.A., Kokelj S.V., Hedstrom N. The process of winter streamflow generation in a subarctic Precambrian Shield catchment. Hydrologi-cal Processes. 2014, vol. 28, issue 14, pp. 4179-4190. DOI: 10.1002/hyp.10119.

6. McNamara J.P., Kane D.L. The impact of a shrinking cryosphere on the form of arctic alluvial channels. Hydrological Processes. 2009, vol. 23, issue 1, pp. 159-168. DOI: 10.1002/hyp.7199.

7. Guo L., Ping C.-L., Macdonald R.W. Mobilization pathways of organic carbon from permafrost to arctic rivers in a changing climate. Geophysical Research Letters. 2007, vol. 34, issue 13, L13603. DOI: 10.1029/2007gl030689.

8. Debol'skaya E.I., Debol'skiy V.K., Grit-suk I.I., Maslikova O.Ya., Ionov D.N. Modelirovanie deformatsiy rusel, slozhennykh merzlymi porodami, pri povyshenii temperatury okruzhayushchey sredy [Modeling of river bed deformation composed of frozen sediments with increasing environmental temperature]. Led i sneg [Ice and Snow]. 2013, vol. 53, no. 1 (121), pp. 104-110. DOI: 10.15356/2076-6734-2013-1-104110. (In Russian)

9. Kotlyakov A.V., Gritsuk I.I., Maslikova O.Ya., Ponomarev N.K. Eksperimental'noe issledovanie vli-yaniya l'distosti gruntov, slagayushchikh ruslo rek, na dinamiku beregovogo sklona [Experimental study of the influence of icy soils composing the riverbed on the dynamics of the coastal slope]. Led i sneg [Ice and Snow]. 2011, no. 2 (114), pp. 92-98. (In Russian)

10. Docherty C.L., Hannah D.M., Riis T., Leth S.R., Milner A.M. Large thermo-erosional tunnel for a river in northeast Greenland. Polar Science. 2017, vol. 14, pp. 83-87. DOI: 10.1016/j.polar.2017.08.001.

11. Stettner S., Beamish A., Bartsch A., Heim B., Grosse G., Roth A. et al. Monitoring inter-and intra-sea-sonal dynamics of rapidly degrading ice-rich permafrost riverbanks in the Lena Delta with TerraSAR-X Time Series. Remote Sensing. 2017, vol. 10, issue 2, p. 51. DOI: 10.3390/rs10010051.

12. Payne C., Panda S., Prakash A. Remote sensing of river erosion on the Colville river, North Slope Alaska. Remote Sensing. 2018, vol. 10, issue 3, p. 397. DOI: 10.3390/rs10030397.

13. Kanevskiy M., Shur Y., Strauss J., Jorgen-son T., Fortier D., Stephani E. et al. Patterns and rates of riverbank erosion involving ice-rich permafrost (yedo-ma) in northern Alaska. Geomorphology. 2016, vol. 253, pp. 370-384. DOI: 10.1016/j.geomorph.2015.10.023.

14. Jones B.M., Arp C.D. Observing a catastrophic thermokarst lake drainage in Northern Alaska. Permafrost and Periglacial Processes. 2015, vol. 26, issue 2, pp. 119-128. DOI: 10.1002/ppp.1842.

15. Lawler D.M. Needle ice processes and sediment mobilization on river banks: the River Ilston, West Glamorgan, UK. Journal of Hydrology. 1993,

vol. 150, issue 1, pp. 81-114. DOI: 10.1016/0022-1694(93)90157-5.

16. Dupeyrat L., Costard F., Randriamazaoro R., Gailhardis E., Gautier E., Fedorov A. Effects of ice content on the thermal erosion of permafrost: implications for coastal and fluvial erosion. Permafrost and Periglacial Processes. 2011, vol. 22, issue 2, pp. 179-187. DOI: 10.1002/ppp.722.

17. Scott K.M. Effects of permafrost on stream channel behavior in Arctic Alaska: Geological Survey professional paper. Vol. 1068. U.S., Govt. Print. Off., 1978. 19 p. DOI: 10.3133/pp1068.

18. Khusainova Z.R. Teoreticheskoe issledovanie protsessov termoerozii i termokarsta mnogoletnemer-zlykh porod : avtoreferat. diss... na soisk. uch. st. kand. fiz.-mat. nauk [Theoretical study of the processes of thermal erosion and thermokarst of permafrost : au-toref. theses on competition scientist degrees candidate's physico-mathematical science]. Ufa, 2007. 19 p. (In Russian)

19. Vincent C., Six D. Relative contribution of solar radiation and temperature in enhanced temperature- S ® index melt models from a case study at Glacier de Saint- n h Sorlin, France. Annals of Glaciology. 2013, vol. 54, is- k s sue 63, pp. 11-17. DOI: 10.3189/2013aog63a301. 3 M

20. Pohl S., Marsh P., Pietroniro A. Spatial-tempo- s ^ ral variability in solar radiation during spring snowmelt. ^ * Hydrology Research. 2006, vol. 37, issue 1, pp. 1-19. r DOI: 10.2166/nh.2006.0001. §

21. Vercauteren N., Lyon S.W., Destouni G. Sea- i S sonal influence of insolation on fine-resolved air tem- g N

o 1

perature variation and snowmelt. Journal of Applied o 9

Meteorology and Climatology. 2014, vol. 53, issue 2, § —

pp. 323-332. DOI: 10.1175/jamc-d-13-0217.1. § 3

22. Lopez-Moreno J.I., Revuelto J., Gila- 0 (( berte M., Moran-Tejeda E., Pons M., Jover E. et al. a i The effect of slope aspect on the response of snowpack 0 I

to climate warming in the Pyrenees. Theoretical and Ap- i S

<

plied Climatology. 2013, vol. 117, issue 1-2, pp. 207- r z

219. DOI: 10.1007/s00704-013-0991-0. o 0

23. Drake J.J. The effects of surface dust on snow- 0 6 melt rates. Arctic and Alpine Research. 1981, vol. 13, V 0 issue 2, pp. 219-223. DOI: 10.2307/1551197. E O

24. Brauchli T., Trujillo E., Huwald H., i i Lehning M. Influence of slope-scale snowmelt on catch- § §

CD *—

ment response simulated with the Alpine3D Model. Water Resources Research. 2017, vol. 53, issue 12, • pp. 10723-10739. DOI: 10.1002/2017wr021278. f H

25. Gritsuk I.I., Debol'skiy V.K., Masliko- U |

va O.Ya., Ponomarev N.K., Sinichenko E.K. i 1

' w

Eksperimental'noe issledovanie vliyaniya solnechnoy 3 n

radiatsii na intensivnost' snegotayaniya [Pilot study of ^ |

influence of solar radiation on intensity of snowmelt]. u c

Vestnik Rossiyskogo Universiteta druzhby narodov. ® *

Ser. : Inzhenernye issledovaniya [Bulletin of the peo- " "

ples ' friendship University of Russia. Ser. : Engineering o o study]. 2015, no. 1, pp. 83-90. (In Russian)

26. Maslikova O.Ya. Eksperimental'noe issle-dovanie intensivnosti snegotayaniya na laboratornoy modeli [Experimental investigation of the intensity of snow melting on the laboratorian model]. Prirodoobus-troystvo [Nature management]. 2016, no. 1, pp. 28-33. (In Russian)

27. Gritsuk I.I., Debol'skaya E.I., Debol'skiy V.K., Maslikova O.Ya., Ponomarev N.K. Vliyanie osadkov v vide dozhdya na deformatsii beregovogo sklona rusel rek v usloviyakh mnogoletnemerzlykh porod [Influence of rainfall precipitation on the deformation of the river bank channels in permafrost]. Led i sneg [Ice and Snow]. 2012, vol. 52, no. 3 (119), pp. 73-78. DOI: 10.15356/2076-6734-2012-3-73-78. (In Russian)

28. Gritsuk I.I., Debol'skiy V.K., Maslikova O.Ya., Ponomarev N.K., Sinichenko E.K. Labora-

tomoe issledovanie snegotayaniya kak sostavlyayush-chey sezonnogo protsessa deformatsiy rusla [Laboratory researchof snow melting as component of seasonal process of deformations stream channel]. Vestnik Ros-siyskogo Universiteta druzhby narodov. Ser. : Inzhen-ernye issledovaniya [Bulletin of the peoples' friendship University of Russia. Ser. : Engineering study]. 2013, no. 3, pp. 83-91. (In Russian)

29. Maslikova O.Ya., Kozlov D.V. Vliyanie zimnikh i vesennikh usloviy na razmyv rek v kri-olitozone [Influence of winter and spring conditions on erosion of rivers in the cryolithozone]. Prirodoobust-roystvo [Nature management]. 2014, no. 1, pp. 54-59. (In Russian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Received June 25, 2018.

Adopted in revised form on August 3, 2018.

Approved for publication on August 30, 2018.

CO CO r r

About the authors: Vladimir K Debolsky — Head of laboratory of the dynamics of channel flows and ice heat, Professor, Water Problems Institute of RAS (WPI RAS), 3 Goubkina st., Moscow, 119333, Russian Federation, * O vdebolsky@mail.ru;

> !n Iliya I. Gritsuk — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, assistant professor, Water Problems

¿Q M

Institute of RAS (WPI RAS), 3 Goubkina st., Moscow, 119333, Russian Federation; Peoples' Friendship University of Russia (PFUR), 6 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation, gritsuk_ii@pfur.ru;

Dmitry N. Ionov — Candidate of Technical Sciences, junior researcher, Water Problems Institute of RAS

5 E

g 3 (WPI RAS), 3 Goubkina st., Moscow, 119333, Russian Federation, dima_ionov@mail.ru;

Oksana J. Maslikova — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Water Problems Institute of RAS (WPI RAS), 3 Goubkina st., Moscow, 119333, Russian Federation oksana68@mail.ru.

<u <u cz Ç

1=

O W

o ^

o =ï

CD O CD

4 °

o

CO

CM <»

z ® CO ^

ûl co

« I

CO O 05 ™

9 8

CD ? °

Z OT CO £= CO T3 — (U (U o o

■8

O tn №

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.