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.