научная статья по теме ОЦЕНКА ГОДОВОГО СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ РЕК СЕВЕРА СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ГОДОВОГО СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ РЕК СЕВЕРА СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 5, с. 694-703

МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ

УДК 556.535.6(571.6)

ОЦЕНКА ГОДОВОГО СТОКА ВЗВЕШЕННЫХ НАНОСОВ РЕК СЕВЕРА СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

© 2014 г. Н. И. Тананаев

Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, Игарка e-mail: nikita.tananaev@gmail.com Поступила в редакцию 27.12.2012 г.

В работе приведена оценка стока взвешенных наносов средних и крупных рек криолитозоны Сибири и Дальнего Востока за период инструментальных наблюдений. Рассмотрена методика расчета, учитывающая внутригодовую неравномерность речного стока, сделано ее гидрологическое обоснование. Выполнено сопоставление полученных оценок с результатами предыдущих исследований. Показана роль геологической истории и истории гляциации территории в современных значениях выноса материала реками. Высказано предположение о преобладании долинной (береговой, склоновой) генерации взвешенных наносов над бассейновой на территории криолитозоны России.

DOI: 10.7868/S0030157414040121

1. ВВЕДЕНИЕ

Современные климатические изменения, наиболее заметные в приполярных областях мира, в настоящее время привлекают повышенное внимание к исследованиям арктических регионов [1, 19, 40]. Климатические и гидрологические условия современности оказывают воздействие на интенсивность процессов тепломассообмена в мерзлотных ландшафтах, в том числе эрозионных процессов [9, 20, 30]. Направленные изменения стока взвешенных наносов могут оцениваться путем сопоставления его базовых значений с прогнозными величинами, полученными на основе модельных расчетов, или с результатами наблюдений. Такие оценки в настоящее время затруднены слабой гидрологической изученностью региона, небольшой продолжительностью рядов наблюдений, методическими сложностями.

Начало географическим исследованиям стока взвешенных наносов рек Сибири в Советском Союзе положили работы Шамова [26] и Лопатина [12]. По Г.И. Шамову, реки бассейнов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского относятся к районам, где средняя мутность речных вод не превышает 50 г/м3 (за исключением верховьев Колымы, где она варьирует в пределах 50—150 г/м3). Столь малые величины мутности связываются этими авторами с низкой активностью эрозионных процессов в условиях повсеместного распространения многолетнемерзлых пород. Однако в то время материалы сетевых наблюдений были недостаточны для оценки многолетних значений этой характеристики. В обобщающей монографии Чистякова [25] приведены фрагментарные сведения о значениях мутности и стока взвешенных нано-

сов рек ЯАССР на постах, удаленных от замыкающих створов. Мутность большинства рек, по этим данным, равномерно увеличивается с запада на восток от 100 г/м3 в Центральной Якутии до 250— 270 г/м3 в бассейне Яны и Индигирки. Среднегодовой расход взвешенных наносов малых и средних рек региона колеблется от 2 до 10 кг/с, крупных — от 25 до 60 кг/с [18].

В работах последних десятилетий суммированы преимущественно оценки стока взвешенных наносов крупнейших рек бассейна Северного Ледовитого океана [5, 24, 31—33]. Основанные как на материалах наблюдений, так и на модельных расчетах, данные в замыкающих створах полизональных рек весьма обобщенно характеризуют огромные водосборные площади Сибири и Дальнего Востока. За рамками в большинстве работ остается описание исходных материалов и методов, а сами оценки выполнены преимущественно для замыкающих створов. Это затрудняет обоснование базовых величин стока взвешенных наносов на суб-бассейновом уровне, безусловно востребованных в исследованиях отклика природных систем на климатическую динамику и антропогенное воздействие [34, 42]. Перспективность этого подхода связана с потенциалом математического моделирования процессов формирования стока взвешенных наносов. Исходными данными для работы таких моделей может служить выход глобальных климатических моделей — подход, широко применяющийся в настоящее время в долгосрочных прогнозах водного стока и отдельных элементов водного баланса [5].

Определение среднегодового стока взвешенных наносов исследуемых рек с применением расчетной методики, учитывающей характери-

Таблица 1. Сток взвешенных наносов крупнейших рек Северной Евразии в замыкающих створах, млн. т (по [33] с дополнениями автора)

Авторы р. Енисей—г. Игарка р. Лена-с. Кюсюр р. Колыма-с. Колымское

Шамов [26] 10.5 7.7 -

Лопатин [12] 11.0 11.7 4.7

Самойлов [17] 11.0 12.0 4.7

Доронина [7] - 11.8 -

Лисицын [10] 13.2 15.4 6.0

Лисицына [11] 13.2 26.1 6.8

Milliman, Meade [38] 13.2 12.0 6.0

Telang et al. [43] 14.5 11.7 -

Milliman, Syvitski [39] 13.2 12.0 -

Alabyan et al. [27] - 21.0 -

Водные пути... [4] - 27.4 -

Ivanov, Piskun [35] - 16.7 - 19.4 -

Gordeev et al. [31] 5.9 17.6 16.1

Rachold et al. [41] - 21.0 -

Михайлов [15] 13.0/4.9* 20.4 -

Walker [44] 13.0 21.0 8.2

Ivanov, Piskun [36] - 16.3 10.1

Чалов и др. [23] 13.0 22.7 -

Магрицкий [13] - 19.8 6.3-12.0

Holmes et al. [33] 4.7 20.7 10.1

Hasholt et al. [32] 5.6 - -

Гидроэкологическое. [5] 12.0/4.5* 21.2 9.94

* Для р. Енисей в числителе показано значение годового стока взвешенных наносов незарегулированного периода (до 1966 г.), в знаменателе — после 1966 г.

стики их водного режима, стало основной целью настоящей работы. Для этого выполнено гидрологическое обоснование предлагаемой методики, собраны и проанализированы наиболее продолжительные ряды опубликованных данных о расходах воды и взвешенных наносов. Полученные результаты сопоставлены с ранее опубликованными для оценки адекватности использованной методики. В работе использованы материалы по 22 гидрологическим постам на 13 средних и крупных реках региона (бассейны Северного Ледовитого и Тихого океана). Геолого-географическая интерпретация полученных результатов приведена для отдельных бассейнов, однако она сделана лишь предварительно и в задачи данной работы не входила.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

По современным оценкам, лишь 56—63% суммарного объема стока в Северный Ледовитый океан является наблюденной величиной, остальные значения получены различного рода эмпирическими методами, в том числе с применением математических моделей [32]. Для рек российской ча-

сти водосбора Северного Ледовитого океана основными материалами для оценок являются данные о расходах и мутности воды, опубликованные в различных изданиях Государственного водного кадастра. Межгодовая изменчивость потока наносов и, чаще, недокументированные расхождения в расчетных методиках, приводят к несовпадению результатов расчетов, различающихся более чем в 2 раза (табл. 1). Обращают на себя внимание более низкие величины стока взвешенных наносов, полученные в самых ранних исследованиях (до середины 1970-х гг.). Климатической причиной пониженного стока наносов этого периода можно считать отрицательные аномалии индекса СевероАтлантического колебания в период с конца 1950-х до начала 1970-х годов, с которыми на территории Восточной Сибири связаны холодные зимы с малым количеством атмосферных осадков.

В настоящей работе расчет стока взвешенных наносов выполнен с использованием предложенного Маккавеевым [14] соотношения:

Я = Л0т, (1)

Таблица 2. Значения коэффициентов уравнения (1) для исследованных рек

№ п.п. Река Пост А т

Бассейн Карского моря

1 Сев. Сосьва Сосьва (Культбаза) 0.0007 1.456

2 Пур Самбург 0.0011 1.379

Бассейн моря Лаптевых к западу от устья Лены

3 Анабар Саскылах 0.0008 1.470

4 Оленек Сухана 0.00000004 2.567

5 Оленек 7.5 км выше устья р. Буур 0.0001 1.648

Бассейн р. Лены

6 Лена Табага 0.0000002 2.260

7 Лена Кюсюр 0.0000007 2.051

8 Алдан Охотский перевоз 0.00000005 2.405

9 Алдан Верхоянский перевоз 0.0000003 2.201

Бассейн моря Лаптевых к востоку от устья Лены

10 Яна Верхоянск 0.00033 2.014

11 Яна Джангкы 0.0000174 2.130

12 Адыча Ойюн-Хомото 0.00000008 2.936

Бассейн Восточно-Сибирского моря

13 Индигирка Юрты 0.000003 2.459

14 Индигирка Индигирский (Усть-Нера) 0.000000011 3.156

15 Индигирка Воронцово 0.000057 1.970

16 Нера Ала-Чубук 0.000018 2.379

17 Колыма Дусканья 0.000054 2.094

18 Колыма Усть-Среднекан 0.00000005 2.786

19 Колыма Среднеколымск 0.000007 2.057

20 Аян-Юрях Эмтегей 0.0000018 2.784

Бассейн Тихого океана

21 Анадырь Новый Еропол 0.000000002 3.102

22 Анадырь совхоз "Снежное" 0.0000027 2.175

в котором Я — расход взвешенных наносов, кг/с, Q — расход воды, м3/с; А и т —эмпирические коэффициенты. Связи среднемесячных и среднегодовых величин расхода воды и наносов, аналогичные уравнению (1), используются для расчетов в работах [5, 13]. Эмпирические коэффициенты имеют выраженный региональный характер, что позволяет использовать их в расчетах стока взвешенных наносов с водосборов, для которых доступны только гидрологические данные, а также, в первом приближении — для неизученных водосборов. Коэффициенты в этом случае определяются по данным о физико-географических характеристиках водосборов (средняя высота, количество осадков).

В данной работе для определения годового стока взвешенных наносов на выбранных постах

были использованы значения А и т, характеризующие связь вида (1) для многолетнего ряда измеренных (моментальных) расходов воды и взвешенных наносов (табл. 2). Источником информации послужили издания Государственного Водного кадастра, период наблюдений на постах ограничен временным промежутком с 1958 по 1981 гг. Количество точек, сформировавших Я^)-связи, не менее 40, для 13 из 22 постов оно больше 100, для 6 — превышает 200, коэффициент аппроксимации связей Я2 — не хуже 0.80 ± 0.05. Для повышения значимости связей из массива данных были исключены точки, соответствующие наблюдениям в период ледостава (с минимальными расходами воды и наносов).

Дискуссионным вопросом является использование в уравнении (1) величин расхода наносов Я.

Для расчета Я используются значения расхода и мутности воды, следовательно, расход воды в (1) не только является зависимой переменной, но и в неявном виде входит в независимую переменную, что может приводить к эффекту "ложной корреляции". Здесь следует отметить, что регрессионные связи характеристик стока воды и наносов и без того страдают обычно малой

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.

Показать целиком