ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2015, № 5, с. 130-134
= РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
УДК 556.1
МНОГОЛЕТНИЙ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ЗАПАДИН ЮГА ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ1
© 2015 г. С.Г. Копысов
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия Томский государственный университет, Россия e-mail: wosypok@mail.ru
Поступила в редакцию 15.04.2014 г.
Рассматриваются причины и условия формирования западин, приводится их гидрологическая типизация. Моделируется многолетняя изменчивость гидрологического режима, свойственная западинному рельефу. Показано, что водный режим западин определяется всей совокупностью факторов формирования стока. Делаются выводы об особой роли воронкообразных западин в питании грунтовых вод.
Ключевые слова: водный баланс, западины, геоморфометрия, метод ГКР.
Введение. Для Западно-Сибирской низменности характерен плоский и плоско-западинный типы рельефа. В качестве почвообразующих пород на значительной части рассматриваемой территории выступают покровные лёссовидные суглинки различной мощности [13]. Им свойственна просадочность, которая формируется, по мнению Е.М. Сергеева и А.В. Минервина [11], в результате циклического сезонного промерзания-оттаивания исходных пылеватых пород.
Изучение гидрологического режима и структуры водного баланса территорий с западинным рельефом является ключом к пониманию процессов перераспределения влаги и почвообразования в западинах.
Причины возникновения и развития западин-ного рельефа. В начале четвертичного периода в центральной части Западно-Сибирской низменности возник обширный Западно-Сибирский водоем, воды которого сливались на юг через Тур-гайский пролив [8]. Предполагается, что уровень воды в водоеме изменялся от 140 до 100 м над современным уровнем моря. Таким образом, на значительной части рассматриваемой территории Западной Сибири в недалеком прошлом сформировался пойменный рельеф в виде: а) озерно-плавневой поймы, которая образуется в местах впадения реки в озеро, где река отлагает наносы и образует низкие острова с озерками и болотами [5]; б) лиманной поймы - системы замкнутых
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 13-05-10032, № 12-04-01154-а и № 14-05-00700).
депрессий, образующихся при протекании реки по низким ровным участкам, когда сила потока (уклон местности) оказывается недостаточной для глубокого вреза русла и поток в половодье затопляет прилегающие участки местности [5]. Подобное происхождение предполагалось В.В. Докучаевым [4] для исследованных им замкнутых блюдец украинских степей.
То, что исследуемая нами территория в свое время представляла пойму, подтверждается результатами микробиоморфных исследований Д.А. Гаврилова и А.А. Гольевой [2], установивших, что вторые гумусовые горизонты представляют собой реликты пойменного почвообразования, а их генезис связан с улучшением дренируемости территории вследствие углубления речной сети.
В голоцене основными причинами развития замкнутых депрессий - западин послужили суффо-зионно-просадочные процессы, обусловленные уплотнением и вымыванием гидрокарбонатов по вертикальным макропорам за счет собираемой понижением воды. В настоящее время считается [11], что большая часть макропор представляет собой своеобразные магистральные каналы, образовавшиеся в результате преимущественно вертикальной миграции воды и газов.
По данным, представленным в работе В.А. Хмё-лева и В.В. Давыдова [13], можно вычислить, что за счет уменьшения объемного веса почва в западинах уплотняется на 12 см с каждого метра. Еще на 15 см почва может оседать за счет полного вымывания гидрокарбонатов из верхнего метрового слоя и по 4 см из каждого нижележащего метра
материнском породы за счет частичного их вымывания. Таким образом, уплотнение почвы и вымывание гидрокарбонатов может привести к образованию понижения глубиной до 12+15 = 27 см с верхнего метрового слоя и 12+4 = 16 см с каждого последующего метра материнской лёссовой породы.
Значит, для образования суффозионно-проса-дочными процессами западины глубиной 120 см необходимо, чтобы уплотнению и частичному вымыванию гидрокарбонатов было подвергнуто 6 м материнской породы лёссовидных суглинков. Если исходить из экспоненциального убывания данных процессов, то изменение должно наблюдаться на еще большей глубине, до своего теоретического предела, определяемого мощностью залегания лёссовидных суглинков.
Таким образом, ключевой причиной широкого распространения западин, в виде замкнутых понижений, на юге таежной зоны Западной Сибири являются гидролого-климатические условия, наложенные на пойменный рельеф прошлого. В отдельных случаях размер и форма западин могут быть обусловленными и более древними особенностями рельефа, перекрытых четвертичными озерно-аллювиальными отложениями. Например, по данным, полученным А.С. Ряб-ченковым [14] для Центрально-Черноземных областей, выяснилось, что впадины блюдцев (западины) представляют унаследованные формы, повторяющие в сильно смягченном виде форму более глубокой впадины, выработанной на первичном плато какими-то процессами в верхних горизонтах грунта.
Методологический подход к изучению гидрологических условий в западинах. Как уже
указывалось выше, рост западин обусловлен притоком воды в них с окружающей территории. Для расчета водного баланса западин и притока к ним с водосбора наиболее пригоден метод гидролого-климатических расчетов (ГКР) проф. В.С. Мезенцева [9]. Система уравнений метода ГКР учитывает при расчетах гидролого-климатических характеристик перераспределение влаги внутри года и переход части влаги с одного года на другой, т. е. представляет собой математическую модель процессов преобразования влаги на уровне деятельной поверхности водосборов. Основанный на фундаментальных законах сохранения энергии и материи, метод ГКР для расчета испарения является генетическим [10, с. 88].
В данном методе испарение определяется теплоэнергетическими ресурсами испарения ZM, суммарным увлажнением деятельной поверхно-
сти (Н), состоящим из суммы исправленных атмосферных осадков (Х) и изменения влажности деятельного слоя за расчетный период ).
При этом формула для расчета испарения записывается в виде следующего уравнения [9, 10]:
Z = Z
м
—1/n
(1)
где параметр п отражает влияние физико-географических факторов (ландшафтных условий) на процессы испарения и стока и призван учитывать гидравлические условия формирования стока [9]; параметр г характеризует способность почво-грунта подводить влагу к испаряющей поверхности и расходовать ее на испарение, при этом он зависит от механического состава и засоленности деятельного слоя.
Основной причиной переувлажнения микропонижений (западин) является постоянное преобладание ресурсов влаги над ресурсами тепла в определенных геоморфологических условиях. Суммарное увлажнение западины дополнительно включает в себя суммарный приток воды с водосбора и приток грунтовой воды [10]:
У ■ Г
H = X + W1 - W2 + G + -
f
(2)
где Г - площадь водосбора западины;/- площадь ядра западины; У - величина местного суммарного стока, рассчитанная по климатическим данным для случая глубокого залегания грунтовых вод (при в = 0).
При наличии топографической съемки значение параметра ландшафтных условий рассчитывается по формуле [7]:
п = 2.5+0.22$ 1п (3)
уТ
где Хскл - средняя длина склона, км; I - средний уклон, м/м.
Необходимо отметить, что исходные данные измеренных климатических величин представляют собой их векторы в точках пространства, выбранных случайно и часто нерепрезентативно [6]. Поэтому получаемые на их основе модельные ряды также представляют собой ряды векторных величин, характеризующих направленность природных процессов. Кроме того, что результаты моделирования во многом определяются точностью задания различных коэффициентов и параметров, используемых моделью. Поэтому представленное исследование направленно на качественное, а не точное количественное описание гидрологического режима конкретной территории.
ГП
Таблица. Гидрологическая типизация западин
Тип западины, ее профиль и обозначение Характеристики ядра западины
относительная площадь ядра отношение площади водосбора западины к площади ее ядра параметр водно-физических свойств параметр ландшафтных условий стока
Воронкообразная (УХ) 0.03-0.06 30< Г// < 15 2< г < 2.4 п < 2.8
Переходная (Р2) 0.07-0.14 15< Г//< 8 2.4< г < 2.8 2.8 < п < 3.2
Плоскодонная (£2 0.15-0.2 8< Г//< 3 2.8< г < 3.5 п >3.2
Ландшафтно-геоморфологические условия.
Западины в плане обычно более или менее округлы или овальны. Как правило, они представляют собой очень плоские впадины, днища которых от центральной, наиболее пониженной точки постепенно повышаются к краям и часто незаметно, без выраженной бровки, сливаются с окружающей равниной. Реже встречаются блюдца с почти плоским дном, которое только близ краев сравнительно круто повышается, так что блюдце приобретает скорее форму сковороды [14]. Западины первого типа будем называть воронкообразными, а второго типа - плоскодонными.
Форма и размер западин определяются, с одной стороны, условиями возникновением локального понижения и степенью его переувлажнения (зависит от площади водосбора западины и метелевого переноса снега), а с другой стороны, мощностью и гранулометрическим составом лёссовой толщи и особенностями покрываемого ей рельефа.
По мере развития западины, благодаря возрастающему застою воды в ее центральной плоской части, способствующему процессу суффозии, происходит относительное увеличение площади ядра по отношению к общей площади западины (таблица), т.е. происходит увеличение площади возможного очага заболачивания. Застаивание воды на поверхности вызывается уменьшением активной пористости вследствие уплотнения и закупорки пор илистым материалом.
По мере ухудшения дренированности территории наблюдается переход от воронкообразных западин (УХ) с минеральной почвой в ядре к переходным западинам (РХ) с перегнойно-минераль-ным почвами и плоскодонным западинам (БХ) с торфяной почвой в центре западины. В процессе торфонакопления величина па
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.