CC BY
39
УДК 556.124
СРЕДНИЕ МНОГОЛЕТНИЕ МАКСИМАЛЬНЫЕ СНЕГОЗАПАСЫ
БАССЕЙНА РЕКИ КАТУНЬ
С.Ю. Самойлова
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail:bastet@iwep.ru
В статье представлена методика определения средних многолетних максимальных снегозапасов, разработанная с использованием зависимости суммы осадков от абсолютной высоты и удаления от орографического барьера, а также идеи М.В. Тронова о ледниках как природных «осадкомерах». Построена карта снегозапасов для высокогорной части бассейна р. Катунь. Выполнен расчет слоя талого стока и коэффициента стока по посту р. Катунь - с. Малый Яломан для близкого к среднему по водности года.
Ключевые слова: Катунь, половодье, осадки, снегозапасы, коэффициент стока.
Б01: 10.24411/2410-1192-2019-15510
Дата поступления 2.11.2019
В период половодья на реках бассейна Верхней Оби проходит до 5070 % годового стока, из них до 70 % дают талые воды [1]. Главной задачей при прогнозировании талого стока является оценка снегозапасов в водосборном бассейне. Горная часть бассейна в этом отношении изучена слабо, поскольку в бассейне р. Катуни площадью 60,9 тыс. км2 в настоящее время работает всего 9 метеостанций. При этом расположены они, как правило, в долинах и межгорных котловинах. Склоны и высокогорья не обеспечены гидрометеорологической информацией.
В бассейне р. Катунь наиболее полные сведения о распределении снегоза-пасов были получены в результате снегомерных съемок, выполненных Западно-Сибирским УГМС, а также экспериментальных наблюдений, проводившихся горно-ледниковых районах Алтая в период Международного гидрологического десятилетия (МГД) и Международной гидрологической программы (МГП). Первое описание и картирование снежного покрова Алтая выполнено В.С. Ревякиным с соавторами [2]. В дальнейшем карты уточнялись, конечный вариант в масштабе 1 : 3 000 000 для Алтае-Саянской горной области представлен в Атласе снежно-ледовых
ресурсов Мира [3]. Позднее обобщение и уточнение гляциогидрометеорологи-ческой информации по бассейну Верхней Оби выполнено сотрудниками Томского госуниверситета [4].
В последние десятилетия для оценки ежегодного распределения и динамики снежного покрова широко используются данные космического мониторинга [5-7]. Вместе с тем, возможности определения снегозапасов при помощи космических методов ограничены и их использование целесообразно совместно с данными натурных наблюдений [7].
Таким образом, определение нормы снегозапасов в горных районах требует уточнения. Нами предложен метод построения карты средних многолетних максимальных снегозапасов, основанный на идее М.В. Тронова о ледниках как природных «осадкомерах» [8]. Зная средние многолетние снегозапасы на высоте границы питания ледников, можно оценить их распределение по склонам и долинам в зависимости от абсолютной высоты, экспозиции и удаления от орографического барьера.
Методы исследования и исходные материалы
Настоящая работа является продолжением многолетних исследований, по-
священных оценке увлажнения высокогорий Алтая с использованием данных наблюдений на ледниках. Целью работы являлась оценка максимальных снегоза-пасов на основе полученных нами ранее данных о среднемноголетних осадках и построение карты их распределения для высокогорной части бассейна реки Ка-тунь.
Ранее был выполнен расчет полей осадков и построение карт увлажнения для бассейнов р. Чуя [9-10], Аргут [11], горного узла Белухи [12], а также реки бассейна р. Ховд (Монголия) [13]. Суть методики в следующем. Сначала была рассчитана абляция-аккумуляция на границе питания для групп ледников с помощью известной формулы Ходако-ва-Кренке с учетом региональных экспозиционных коэффициентов, полученных В.П. Галаховым и Р.М. Мухамето-вым для ледников Алтая [14]. Данная величина характеризует не сумму осадков, а снегонакопление на высоте границы питания ледников, включающее твердые осадки, лавинный и метелевый перенос.
Переход от абляции-аккумуляции к средним многолетним осадкам осуществлялся при помощи коэффициентов концентрации, показывающих отношение аккумулированного снега на леднике к фоновым снегозапасам, не искаженным лавинами и метелями. Коэффициенты концентрации были рассчитаны ранее для ледников различных морфологических типов на основе данных снегомерных съемок [11, 13]. Таким образом, была получена средняя многолетняя сумма осадков на высоте границы питания ледников. Интерполяция данных на остальную территорию бассейнов производилась с помощью зависимостей суммы осадков от высоты (для наветренных склонов) и от приближения к орографическому барьеру (для подветренных склонов). Подробное описание методики и исходные материалы, в т.ч. данные снегомерных съемок, расчеты абляции-аккумуляции и коэф-
фициентов концентрации на ледниках содержатся в работах [9-13].
Данная методика имеет ограничение - она может быть применена лишь для бассейнов с современным оледенением. Еще одним важным моментом является то, что для оценки абляции-аккумуляции на высоте границы питания ледников и коэффициентов концентрации использованы данные (топографические карты, материалы снегомерных съемок), полученные в 1970-е гг., т.к. формула Ходакова-Кренке была разработана эмпирически в 1970-х гг., когда ледники были относительно стационарны.
Проверка методики осуществлялась методом «гидрологического контроля», предложенным М.В. Троновым: были получены графики связи среднего многолетнего слоя стока и средних многолетних осадков бассейнов. «Гидрологический контроль» показал, что использованная методика оценки увлажнения с использованием ледников хорошо «работает» как в относительно аридных условиях Юго-Восточного Алтая и Монголии, так и в увлажненных районах бассейна р. Аргут и в очень увлажненных бассейнах горного узла Белухи.
Для западной части бассейна, включающей р. Кокса и верховья р. Катунь, карта среднемноголетних максимальных снегозапасов была построена ранее В.П. Галаховым [15, с. 34, рис. 13]. Данный фрагмент был использован при построении новой карты без изменений.
С помощью полученных ранее данных о средних многолетних осадках были рассчитаны средние максимальные снегозапасы на разных высотах. Переход от суммы осадков к снегозапа-сам осуществлялся при помощи зависимости годовой доли твердых осадков от высоты местности, полученной на основании анализа 30-летних рядов данных по 19 гидрометеорологическим станциям республики Алтай (рис. 1). Карта средних максимальных снегозапасов построена в среде Агсйб 9.3.1. на топо-
графической основе масштаба 1:100000 (рис. 2).
Обсуждение результатов
Средние максимальные снегозапасы бассейна, согласно нашим расчетам, составили от 35 мм (днище Чуйской котловины) до 1000 мм и более (западные склоны Белухи). В среднем для исследуемой территории - 240 мм.
Полученная карта показывает распределение средних многолетних твердых осадков в условиях стационарности ледников. Переход к ежегодным, в том числе, современным величинам может осуществляться при помощи модульных коэффициентов (коэффициенты снегонакопления). Естественно, в последние десятилетия в результате климатических изменений, соотношение твердых и жидких осадков должно было измениться за счет повышения высоты снеговой границы. Очевидно, в перспективе имеет смысл пересчет зависимости соотношения твердых и жидких осадков от абсолютной высоты (рис. 1) на основе современных метеоданных за последние 30 лет.
Для оценки достоверности карты мы использовали соотношение полученной нормы максимальных снегоза-пасов с величиной талого стока.
Хт/Хгод, %
1000 2000 3000 4000 Н, М
Рис. 1. Зависимость годовой доли твердых осадков от Хтв/Хгод от высоты местности [4, с. 225, рис. 74].
Замыкающим створом для исследуемого района является пост на р. Катунь у с. Малый Яломан. Средняя высота водосбора - 2280 м [4]. Площадь бассейна до створа составляет 36800 км , или около 60 % от общей площади бассейна реки Катунь.
Сток с этой части бассейна в значительной степени (в среднем около 70 %) формирует сток по замыкающему створу «р. Катунь - с. Сростки». Наблюдения за расходами по данному посту велись с 1932 по 1935 гг. и с 1955 по 1971 гг. С 1971 г. и по настоящее время ведутся наблюдения только за уровнями воды. Ряд совместных наблюдений «р. Катунь - с. Малый Яломан» и «р. Катунь - с. Сростки» составляет 10 лет (1961-1971), включая годы, близкий к максимальному - 1969 г., к минимальному - 1968 г. и среднему - 1965 г. Как видно из рисунка 3, между среднегодовыми расходами по двум постам существует тесная зависимость.
По данным [16] половодье на р. Ка-тунь по посту Малый Яломан длится, в среднем, 149 суток. Средняя дата начала половодья - 19 апреля, окончания -29 сентября. Суммарный слой стока половодья по посту «Катунь - с. Малый Яломан» составляет 293 мм. Естественно, в формировании половодья, помимо твердых, участвуют и жидкие осадки с апреля по август и, отчасти, сентябрь, причем их доля весьма значительна и оценить ее в многолетнем масштабе для всего бассейна сложно. Поэтому попытаемся определить долю талого стока в год, близкий к среднему по водности (1965). Комплексный график гидрометеорологических элементов представлен на рисунке 3. Среднесуточные температуры и осадки по этому году взяты по данным ГМС «Усть-Кокса» [17]. Окончание таяния сезонного снежного покрова определялось по гидрографу согласно [18] в тот момент, когда перестало наблюдаться соответствие между ходом температуры воздуха и колебаниями стока.
Рис. 2. Средние многолетние максимальные снегозапасы бассейна р. Катунь до створа Катунь - Малый Яломан:
1 - снегозапасы, мм; 2 - границы бассейна р. Катунь; 3 - реки.
* 1
§ I
и ^
П5 СЗС
° ^
Я ™
I *
и а
650 600 550 500 450 400 350 300
у = 0,6479х + 56,106 R2 = 0,9398
400 500 600 700 800 900
Средний годовой расход р. Катунь - с. Сростки
Рис. 3. График связи средних годовых расходов по постам р. Катунь - с. Сростки (горизонтальная ось) и р. Катунь - с. Малый Яломан (вертикальная ось), 1965 г.
40 30 20 ° 10 0
-40
30 20 10
0 £
к д
а
-10 £
-20
-30
Рис. 4. Комплексный график гидрометеорологических элементов, р. Катунь, пост у с. М. Яломан, 1965 г.:
1 - среднесуточные расходы, м3/с; 2 - кривая спада половодья; 3 - подземный сток; 4 - среднесуточные температуры, оС; 5 - осадки, мм.
В период половодья на Катуни часто наблюдаются дождевые паводки, вследствие этого его спад нарушается дополнительными пиками тало-дождевого происхождения. По методике, описанной в работе [19], была построена кривая спада половодья, отражающая истощение запасов воды в бассейне при условии отсутствия их пополнения (рис. 4). Рассчитанный с учетом кривой истощения слой талого стока в год, близкий к среднему по водности, составил 165 мм.
Таким образом, средний коэффициент талого стока для исследуемой части бассейна р. Катунь равен 0,68. Результаты расчета вполне соответствуют данным, представленным в работе [4], которые дают близкую оценку коэффициента годового стока для бассейна р. Катунь - в/п Малый Яломан - 0,53. По мнению ряда исследователей, для талого стока коэффициенты должны быть выше: А.М. Комлевым [19] по бассейну р. Семы получены значения
0,65-0,87, Ш.А. Харшан [18] в среднем для горных рек оценивает его в 0,7-0,9.
Заключение
На основе идей М.В. Тронова впервые был выполнен расчет средних максимальных снегозапасов с использованием данных о снегонакоплении на ледниках. Решена задача определения нормы снегозапасов в горном районе с крайне неоднородными климатическими условиями и недостаточной обеспеченностью гидрометеорологической информацией.
Сопоставление полученных величин снегозапасов с расчетами талого стока в год, близкий к среднему по водности, дало удовлетворительный результат -значение коэффициента талого стока, в целом, соответствует существующим оценкам для высокогорных районов Алтая. Полученная карта может быть использована не только для долгосрочных гидрологических прогнозов, но и для расчета снеговых нагрузок, оценок лавинной опасности.
Автор выражает благодарность с.н.с. Лаборатории гидрологии и геоинформатики, к.г.н. Владимиру Прокопьевичу Галахову за помощь в подготовке материала и поддержку на всех этапах выполнения работы.
Исследование выполнялось в рамках проекта № 0383-2019-0003 «Изучение гидрологических и гидрофизических процессов в водных объектах и на водосборах Сибири и их математическое моделирование для стратегии водопользования и охраны водных ресурсов».
Список литературы
1. Аполлов Б.А., Калинин Г.П., Комаров В.Д. Курс гидрологических прогнозов. -М.: Гидрометеоиздат, 1974. - 422 с.
2. Ревякин В.С., Кравцова В.И. Снежный покров и лавины Алтая. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1977. - 215 с.
3. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. - М.: Изд-во РАН, 1997. - Т. 1. - 302 с.
4. Снежно-водно-ледниковые ресурсы бассейна Верхней Оби и прогнозы стока весеннего половодья. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1986. - 254 с.
5. Ромасько В.Ю., Бураков Д.А. Космический мониторинг заснеженности территории речных бассейнов // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. - 2017. - Т. 10. - № 6. - С. 704-713.
6. Игловская Н.В., Нарожный Ю.К. определение снегозапасов Алтая с использованием спутниковой информации // Вестн. Томского ун-та. - 2010. - № 334. -С. 160-165.
7. Чурюлин Е.В., Копейкин В.В., Розинкина И.А., Фролова Н.Л., Чурюлина А.Г. Анализ характеристик снежного покрова по спутниковым и модельным данным для
различных водосборов на Европейской территории Российской Федерации // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2018. - № 2 (368). - С. 120-143.
8. Тронов М.В. Вопросы связи между климатом и оледенением. - Томск: Изд-во Томского. ун-та, 1956. - 202 с.
9. Галахов В.П. Возможность использования ледников для оценки увлажнения (по исследованиям в Юго-Восточном Алтае) // Мир науки, культуры, образования. - 2008. - № 3(10). - С. 11-14.
10.Винокуров Ю.И., Галахов В.П., Самойлова С.Ю., Циликина С.В., Быков Н.И., Аюрзана Ч. Опыт использования ледников для оценки современного увлажнения (Чуй-ская котловина, Юго-Восточный Алтай) // Проблемы региональной экологии. - 2008. -№ 6. - С. 58-62.
11.Галахов В.П., Ловцкая О.В., Самойлова С.Ю., Шереметов Р.Т. Ледники как индикаторы среднего многолетнего увлажнения: развитие идей М.В. Тронова. - Барнаул: Изд-во Азбука, 2014. - 96 с.
12. Галахов, В. П., Назаров А. Н., Самойлова С. Ю., Мардасова Е. В. Горный узел Белухи. - Барнаул : Изд-во Алт. ун-та, 2018. - 124 с.
13.Галахов В.П., Ловцкая О.В., Самойлова С.Ю., Аюрзана Ч., Отгонбояр Д. Оценка среднего многолетнего увлажнения и поверхностного стока бессточного бассейна реки Ховд (Западная Монголия). - Барнаул: Азбука, 2013. - 109 с.
14.Галахов В.П., Мухаметов Р.М. Ледники Алтая. - Новосибирск: Наука, 1999. -136 с.
15. Галахов В.П. Условия формирования и расчет максимальных снегозапасов в горах. - Новосибирск: Наука, 2003. - 104 с.
16.Ресурсы поверхностных вод. Основные гидрологические характеристики. Т. 15: Алтай, Западная Сибирь и Северный Казахстан. Вып. 1: Верхняя и Средняя Обь. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 543 с.
17. Всероссийский НИИ Гидрометеорологической информации - мировой центр данных [Электронный ресурс]. - URL: http://meteo.ru.
18.Харшан Ш.А. Долгосрочные прогнозы стока горных рек Сибири // Тр. Гидрометцентра СССР. Вып. 65. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 211 с.
19. Комлев А.М., Титова Ю.В. Формирование стока в бассейне р. Катуни. - Новосибирск: Наука, 1966. - 155 с.
References
1. Apollov B.A., Kalinin G.P., Komarov V.D. Kurs gidrologicheskikh prognozov. - M.: Gidrometeoizdat, 1974. - 422 s.
2. Revyakin V.S., Kravtsova V.I. Snezhny pokrov i laviny Altaya. - Tomsk: Izd-vo Tomskogo un-ta, 1977. - 215 s.
3. Atlas snezhno-ledovykh resursov mira. - M.: Izd-vo RAN, 1997. - T. 1. - 302 s.
4. Snezhno-vodno-lednikovye resursy basseyna Verkhney Obi i prognozy stoka vesen-nego polovodya. - Tomsk: Izd-vo Tomskogo un-ta, 1986. - 254 s.
5. Romasko V.Yu., Burakov D.A. Kosmichesky monitoring zasnezhennosti territorii rechnykh basseynov // Zhurnal Sibirskogo federalnogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii. - 2017. - T. 10. - № 6. - S. 704-713.
6. Iglovskaya N.V., Narozhny Yu.K. opredeleniye snegozapasov Altaya s ispolzovaniyem sputnikovoy informatsii // Vestn. Tomskogo un-ta. - 2010. - № 334. -S. 160-165.
7. Churyulin Ye.V., Kopeykin V.V., Rozinkina I.A., Frolova N.L., Churyulina A.G. Analiz kharakteristik snezhnogo pokrova po sputnikovym i modelnym dannym dlya razlich-nykh vodosborov na Yevropeyskoy territorii Rossyskoy Federatsii // Gidrometeoro-logicheskiye issledovaniya i prognozy. - 2018. - № 2 (368). - S. 120-143.
8. Tronov M.V. Voprosy svyazi mezhdu klimatom i oledeneniyem. - Tomsk: Izd-vo Tomskogo. un-ta, 1956. - 202 s.
9. Galakhov V.P. Vozmozhnost ispolzovaniya lednikov dlya otsenki uvlazhneniya (po issledovaniyam v Yugo-Vostochnom Altaye) // Mir nauki, kultury, obrazovaniya. - 2008. -№ 3(10). - S. 11-14.
10. Vinokurov Yu.I., Galakhov V.P., Samoylova S.Yu., Tsilikina S.V., Bykov N.I., Ayur-zana Ch. Opyt ispolzovaniya lednikov dlya otsenki sovremennogo uvlazhneniya (Chuyskaya kotlovina, Yugo-Vostochny Altay) // Problemy regionalnoy ekologii. - 2008. - № 6. - S. 58-62.
11.Galakhov V.P., Lovtskaya O.V., Samoylova S.Yu., Sheremetov R.T. Ledniki kak in-dikatory srednego mnogoletnego uvlazhneniya: razvitiye idey M.V. Tronova. - Barnaul: Izd-vo Azbuka, 2014. - 96 s.
12.Galakhov, V. P., Nazarov A. N., Samoylova S. Yu., Mardasova Ye. V. Gorny uzel Be-lukhi. - Barnaul : Izd-vo Alt. un-ta, 2018. - 124 s.
13.Galakhov V.P., Lovtskaya O.V., Samoylova S.Yu., Ayurzana Ch., Otgonboyar D. Otsenka srednego mnogoletnego uvlazhneniya i poverkhnostnogo stoka besstochnogo bas-seyna reki Khovd (Zapadnaya Mongoliya). - Barnaul: Azbuka, 2013. - 109 s.
14.Galakhov V.P., Mukhametov R.M. Ledniki Altaya. - Novosibirsk: Nauka, 1999. -136 s.
15.Galakhov V.P. Usloviya formirovaniya i raschet maksimalnykh snegozapasov v go-rakh. - Novosibirsk: Nauka, 2003. - 104 s.
16.Resursy poverkhnostnykh vod. Osnovnye gidrologicheskiye kharakteristiki. T. 15: Altay, Zapadnaya Sibir i Severny Kazakhstan. Vyp. 1: Verkhnyaya i Srednyaya Ob. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 543 s.
17.Vserossysky NII Gidrometeorologicheskoy informatsii - mirovoy tsentr dannykh [El-ektronny resurs]. - URL: http://meteo.ru.
18.Kharshan Sh.A. Dolgosrochnye prognozy stoka gornykh rek Sibiri // Tr. Gidromettsentra SSSR. Vyp. 65. - L.: Gidrometeoizdat, 1970. - 211 s.
19. Komlev A.M., Titova Yu.V. Formirovaniye stoka v basseyne r. Katuni. - Novosibirsk: Nauka, 1966. - 155 s.
MEAN ANNUAL MAXIMUM SNOW RESERVES OF THE KATUN RIVER BASIN S.Yu. Samoilova
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail:bastet@iwep.ru
The paper presents a method for calculating the mean annual maximum snow reserves developed with the use of the dependence of total precipitation on altitude and distance from the topographic barrier as well as the concept by M.V. Tronov on glaciers as natural «sedimentary meters». A map of snow reserves for the high-mountain part of the Katun river basin was constructed. The calculation of melted runoff depth and runoff coefficient at Katun -Maly Yaloman g.s. for the year close to the average water content was performed.
Key words: Katun, snow melt hood, precipitation, snow cover water equivalent, run-off coefficient.
Received November 2, 2019
